基于复杂驱动机理的大分子穿越纳米通道的输运动力学

通过理论解析和模拟来研究复杂驱动机理（驱动力随输运时间而变化）作用下的大分子穿越纳米通道的输运动力学。解析和模拟大分子链在正比于已输运单体单元数的驱动力作用下的输运问题,确立输运时间与大分子链长的标度关系；模拟分子伴侣辅助下的大分子跨膜输运过程，揭示分子伴侣的密度、分子伴侣和大分子单体单元之间的相互作用强度以及它们之间的尺寸差异对输运动力学的影响，加深对蛋白质的跨膜输运过程的理解；解析和模拟受限于球体的生物大分子穿越纳米孔隙的动力学，阐述其输运时间与大分子链长以及球体半径之间的关系，加深对病毒注射基因以及药物控制释放动力学的理解；解析和模拟电场驱动大分子进入纳米柱阵列输运动力学过程，揭示输运时间与大分子链长、电场强度以及纳米柱阵列密度的关系，进一步再模拟脉冲电场作用下的输运问题，为实现利用纳米柱阵列来分离不同长度的DNA分子提供理论依据和对设计实验装置提供指导。

本项目研究基于复杂驱动机理的大分子跨膜输运动力学。复杂驱动机理包括跨膜电场、流动场、和分子伴侣与大分子的相互作用产生的驱动力。重点研究了（1）跨膜电场驱动下高分子进入一维、二维和三维受限体系的输运动力学，揭示了受限高分子产生的熵效应和三维受限体系的几何形状对动力学的影响；（2）流动场作用下高分子进入和完全通过纳米通道的输运动力学，从理论上解析了驱动力以及通道长度对输运时间的影响；（3）分子伴侣作用下棒状和柔性链的输运动力学，揭示了分子伴侣浓度和分子伴侣与高分子的相互作用强度对动力学的影响。目前为止，基于本项目内容以通信作者和中国科学技术大学为第一单位发表SCI论文10篇，包括在J. Am. Chem. Soc. 1篇，Soft Matter 3篇，J. Chem. Phys. 4篇，Phys. Rev. E 2篇。