超微环境中生物大分子受迫输运动力学

目前在超微环境中,例如纳米尺寸的孔洞和筛板上，生物大分子（DNA和蛋白质）的动力学特性和序列结构-电流响应关系的研究，引起了许多研究者的重视。这一问题与蛋白质识别和基因测序等重要课题密切相关，也与各种人工超微智能机械和材料的研究与开发紧密联系。为相关的实验工作提供预测和机理解释，并进一步提供数据处理方法，是理论和模拟上迫切的研究课题。目前对于单个生物大分子在纳米孔洞中受迫输送问题的理论和模拟工作，还停留在非常初级的水平，目前的大多数模型尚未考虑三维的流体力学相互作用和静电相互作用。 本申请拟利用目前的高性能计算手段， 结合相关的理论计算， 建立超微环境中含有流体力学相互作用和离子迁移的生物大分子受迫输运的多尺度动力学模型， 并对其相关序列结构-响应进行理论预测和模拟，期望对正在发展的高通量快速廉价DNA测序实验提供理论依据和数据分析方法。

利用该基金的资助, 我们在分子尺度上, 研究了模型生物高分子在微环境中的构象与几何环境, 力学响应和驰豫动力学的关系。我们发现模型生物高分子的自缠结结构的扭结特征， 与温度的尺寸依赖性， 从而导致对空间尺寸的分辨特征。通过模型生物高分子链环的构象研究， 我们提出了从分子尺度上研究分子缠结的新思路。我们在理论上预测了高分子的拉伸-驰豫动力学过程， 并通过AFM实验观察到的过程进行了相互验证， 得到非常一致的结果。通过这一资助，我们还研究了表面微环境下， 高分子的取向特征，并且在实验和理论上都取得了非常一致的结果。