分子拥挤环境下高分子体系的动力学

通过理论解析与数值模拟来研究分子拥挤环境下高分子体系的动力学。数值模拟高分子均方位移与时间的标度指数随分子拥挤尺寸和体积分数的变化规律，揭示仅仅在分子拥挤环境下能否导致亚扩散，并与存在特殊相互作用或固定障碍的情形作对比，加深对在细胞里生物大分子动力学的理解；理论解析和数值模拟大分子穿越纳米孔隙进入分子拥挤环境的过程，揭示分子拥挤剂尺寸和体积分数对输运动力学的影响，加深对在细胞里生物大分子跨膜输运过程的理解；理论解析和数值模拟在分子拥挤环境下受限于纳米通道中的DNA构象转变与动力学，揭示在临界体积分数以下分子拥挤环境导致DNA在纳米通道中进一步拉长的物理机制，研究在临界体积分数以上DNA凝聚的动力学；理论解析和数值模拟分子拥挤环境对扩散限制双分子反应动力学的影响，揭示反应速率与分子拥挤剂尺寸和体积分数之间的关系，讨论分子拥挤环境下蛋白质与DNA相互作用机制，加深对细胞内基因调控的理解。

本项目通过理论解析和数值模拟来研究分子拥挤环境下高分子体系的动力学。拥挤环境的产生包括体系内其他分子产生的拥挤和高分子链本身在受限环境下或在发生塌缩时产生的链段间拥挤。. 按照研究计划，完成的工作要点如下：（1）研究了分子拥挤环境下蛋白质与DNA的相互作用机制，包括DNA结合蛋白搜寻靶向位点，类组蛋白结合效应下的细菌染色体链分离。同时我们研究了高分子在劣溶剂中链塌缩时产生的链段间拥挤对其环化动力学的影响。（2）我们研究了拥挤剂大小以及体积分数对大分子穿孔动力学的影响。同时，高分子链穿越纳米孔进入受限空间时，会在受限空间内形成广义的拥挤环境，我们研究了这种链段间的拥挤对其穿孔动力学的影响。此外，我们研究了分子伴侣协助下刚性棒分子穿越纳米孔的动力学，主要考虑了分子伴侣浓度与结合强度的影响（3）研究了环形高分子在受限的拥挤空间内的链构象与动力学。另外，我们通过与线性连的对比，着力研究了环形连的受限空间逃逸动力学和链吸附动力学。. 到目前为止，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16篇，包括在Soft Matter 3篇，J. Chem. Phys. 9篇，Phys. Rev. E 2篇，RSC Adv. 1篇，Sci. China Chem. 1篇，这些论文获得了较好的评价。在项目执行期间多次被邀请参加国内外学术会议。