细胞膜是分隔细胞内部与外部环境的界面,也是诸如内吞、蛋白质/多肽分子内化、病毒感染、信号传导等众多生物过程发生的场所。因此,对这些生物过程进行研究有助于我们了解相应的分子机制并加以利用。抗菌肽是一类典型的膜活性肽,可通过与细菌的细胞膜发生作用、从而造成细胞膜成孔或结构破坏来杀灭细菌。其中,蜂毒肽是一种具有代表性的短肽,具有广谱抗菌活性。目前的实验及模拟研究发现,蜂毒肽能够在细胞膜上吸附和聚集,进而插入细胞膜,形成跨膜孔洞,最终导致细菌内容物泄漏和细菌死亡。然而,蜂毒肽在进行这一过程时需要达到较高的临界浓度,以克服较高的能量势垒来实现从表面吸附到跨膜插入的状态转变。但遗憾的是,这其中相应的分子机制尚不清楚;特别是蜂毒肽与膜相互作用过程中,多肽分子在Z方向的行为更是未知。为解决这些问题,在本论文中,我们利用单分子-表面诱导荧光衰逝(SM-SIFA)技术,并结合分子动力学模拟,从单分子水平上追踪了多肽分子在Z方向上与脂膜相对位置发生变化的动力学过程,寻找多肽分子在膜内的微观运动规律。主要包括:(1)分别对蜂毒肽的氨基端和羧基端进行荧光标记,并利用SM-SIFA技术完成对多肽-脂膜相互作用过程的单分子追踪。实验发现,蜂毒肽羧基端会停留在脂膜表面,而氨基端则会插入膜中;(2)蜂毒肽的氨基端在与脂膜相互作用过程中,会表现出极其复杂的作用模式,包括a)停留在脂膜表面;b)在脂膜的上叶区域发生波动,或周期性的插入和抽出;c)甚至在整个脂膜的厚度范围内呈现波动振荡。根据这三类作用模式,我们发现多肽氨基端在脂膜内部的位置存在三个亚稳态,即上、下叶疏水尾链区和膜中心区域。蜂毒肽的这些微运动规律在计算机分子动力学模拟中得到了较好的验证。此外,我们采用活细胞的细胞膜成功包裹氧化石墨烯纳米粒子,制备了具有双荧光发光性质的细胞膜@氧化石墨烯复合纳米粒子,它具有与原细胞相似的表面膜蛋白成分,因此具有良好的仿生特性。本论文的工作,有助于我们从单分子层次上深入了解蜂毒肽与细胞膜的相互作用动力学过程,尤其是多肽在膜内的微观运动行为规律,并为多肽-细胞膜界面相互作用的相关研究提供了一类普适的方法。