近年来,随着纳米技术的快速发展,众多的新型纳米材料表现出了优异的物理和化学性能,被应用在生物、化工、医疗等多个领域。石墨烯量子点（Graphene Quantum Dots,GQDs）作为纳米材料中的重要一员,凭借着其良好的生物相容性和荧光效应被广泛运用在生物医学领域。虽然一些研究表明GQDs在生物体内可以很快排出,不会对机体造成损害,但是也有一些实验研究表明GQDs会诱导细胞凋亡,具有一定的细胞毒性。细胞膜作为细胞的重要组成部分,在维持细胞形态和保证细胞新陈代谢等方面起着重要作用,研究纳米材料对细胞膜的相互作用对探究纳米材料毒理性至关重要。同时也有相关研究表明GQDs会破坏细胞膜从而引起细胞毒性,但相关的理论机理等问题还不是很清晰。并且GQDs是如何在原子级别破坏细胞膜,相关物理性能的改变是否会造成细胞毒性的变化,这一系列问题直接影响了GQDs在医学领域的应用。本课题采用分子动力学模拟方法,详细研究了不同形状的石墨烯量子点对细胞膜的毒理性、功能化石墨烯量子点对细胞膜的毒理机制以及石墨烯量子点对不同细胞膜的毒理性,系统全面性的探究了GQDs与细胞膜之间的相互作用机理。同时评估了GQDs在原子和分子层面对细胞的潜在毒性,为GQDs在生物细胞毒性的研究发展以及潜在的医学应用提供了一定的参考,本文的主要研究内容以及结论如下:1.运用分子动力学模拟（Molecular Dynamics,MD）探究了不同形状以及不同尺寸的GQDs进入细胞膜的过程和对细胞膜结构的影响,进而评估不同GQDs的潜在细胞毒性。研究结果表明,虽然不同形状的GQDs在百纳秒内都能进入细胞膜内,但在相同条件下,含有尖角的GQDs更容易进入细胞膜。通过对细胞膜结构的分析发现,相同形状的小尺寸GQDs不会对细胞膜结构造成大的破坏,潜在的毒性较弱。而大尺寸GQDs对细胞膜存在切割效应,对细胞膜的影响较大,细胞毒性较强。2.运用分子动力学模拟方法探究了位置固定、不同氧化程度的GQDs通过吸附作用对细胞膜结构的影响。模拟结果表明,细胞膜中的磷脂分子更倾向于吸附在氧化程度较低的GQDs表面,这种强的相互作用能将磷脂分子从细胞膜的表面提取出来,对细胞膜结构造成较大的破坏。但是对于氧化程度较高的GQDs,由于表面亲水性羟基的存在,阻碍了磷脂分子从膜上的提取,对细胞膜的破坏程度并不明显。我们的模拟表明,在功能化GQDs对细胞膜吸附破坏性上,低氧化以及大尺寸的GQDs对细胞膜的破坏最强,潜在的细胞毒性较大。3.运用分子动力学模拟方法探究相同形状和尺寸的GQDs在不同细胞膜上的移位过程以及对细胞膜结构的影响。模拟结果表明,GQDs可以在百纳秒内直接渗透到DOPC和POPC细胞膜内。但对于POPE细胞膜,由于单一磷脂分子的截面积较小,单位面积内磷脂分子的密度较大,GQDs不能进入细胞膜内部,只能将游离的GQDs吸附在细胞膜的表面。对细胞膜结构的分析表明,游离GQDs对三种细胞膜的影响都较小,潜在毒性较弱,在医学领域具有潜在的应用价值。