生物膜作为生命体极其重要的组成部分，其界面水分子为许多生化反应和细胞组装等生理过程提供独特的环境。生物膜界面水合及去水合作用对生物膜的组装、吸附和脱附、生物分子发挥其正常功能至关重要。而生物膜的生理过程以及膜界面水分子结构与生物膜的偶极电位密切相关。偶极电位主要取决于生物膜上极性磷脂分子头部基团与膜界面水分子偶极的特殊取向。在磷脂分子双层膜中加入胆固醇等分子不仅能诱导生成脂筏，还可以显著改变膜的偶极电位，从而改变生物膜上的水合状态。而对于胆固醇在生物膜的传输以及其对膜上水分子结构的影响，我们所知甚少。　　 本论文利用非线性和频光谱技术研究了胆固醇衍生物6-酮胆甾烷醇与带不同电荷的磷脂分子双层膜的相互作用以及其对膜界面水的结构与动力学的影响，从分子水平上获得了6-酮胆甾烷醇在膜上的传输行为、带不同电荷生物膜的界面水分子结合强度以及生物膜上多种水分子的结合位点等重要信息。该工作将有助于从分子水平上理解生物膜相关过程背后的弱相互作用及有关驱动力本质。此外，结合本实验室发展的兼容多阶非线性光谱技术研究了固体氟化钙界面以及距离界面42纳米处水分子的结构，获得了水分子内振动耦合对非线性光谱信号起主导作用等重要认识。