离子液体中聚氧化乙烯(PEO)相变过程中的氢键效应

我们把Flory-Huggins模型推广应用到聚合物/离子液体体系,研究聚氧化乙烯(PEO)在离子液体[EMIM][BF_4]中相变过程中的氢键效应,理论模型考虑了三种类型氢键(Ⅰ型:PEO-[EMIM]~+氢键,Ⅱ型:PEO-[BF_4]~-氢键和Ⅲ型:[EMIM]~+-[BF_4]~-氢键)的形成,分析了三种类型的氢键分数随温度、 PEO体积分数的变化.研究发现,三种类型的氢键分数随温度的升高而减少.在较小PEO体积分数条件下,增加PEO体积分数,Ⅰ型、Ⅱ型氢键分数轻微地减小;在较大PEO体积分数条件下,增加PEO体积分数,Ⅰ型、Ⅱ型氢键分数急剧减少.Ⅲ型氢键分数随着PEO体积分数的增加而急剧降低.由于三种氢键效应,第二维里系数A_2随温度的增加而减小.通过计算分析不同分子量的PEO在[EMIM][BF_4]中的相图发现,在PEO体积分数较低的条件下,Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型氢键是PEO相变的主要驱动力;在PEO体积分数较高的条件下,Ⅰ型和Ⅱ型氢键在PEO相变过程中起到主导作用.     

水蒸气诱导两性离子聚合物刷的构象转变

我们把Flory Huggins模型(association models)推广应用到暴露于水蒸气中的两性离子聚合物刷体系,考虑两性离子聚合物-水氢键(P-W氢键)与两性离子聚合物链间两亲离子单体-单体键合(zwitterions complex)、形成氢键与两性离子聚合物链构象的耦合特性,研究水蒸气诱导的两性离子聚合物刷构象转变的机理和相行为.研究发现,随着水蒸气浓度的增加,P-W氢键效应会使得两性离子聚合物刷溶胀;两亲离子单体-单体键合效应会导致水分子将会被排出刷外,并会导致两性离子聚合物刷塌缩.通过分析两性离子聚合物刷的相图发现,P-W氢键效应在决定两性离子聚合物刷的相行为中起到主导作用,在水蒸气增加过程中两性离子聚合物刷将会单调溶胀.基于本文的分析,可以预言,由于P-W氢键效应,两性离子聚合物刷可以吸附水蒸气,当两性离子聚合物链接枝密度足够高时,两性离子聚合物刷内的水分子将会被排出,并会形成两亲离子单体-单体键合连接的凝胶状结构.     

时滞与噪声影响 Notch信号通路动力学的模型化研究

本文基于Hill动力学与Michaelis-Menten方程,建立理论模型研究时滞与噪声影响Notch信号通路动力学.研究发现,her1、her7基因转录的时滞性在很大程度上调控着Notch信号通路的动力学行为.由于时滞性的调控,Notch系统动力学经历Hopf分岔,由稳态转变为周期演化特性.通过考察Notch信号通路的噪声效应,我们发现,由于噪声的扰动,Notch系统周期振荡动力学改变.在较小噪声幅值条件下,Notch信号通路中改变的周期节律性可以通过时滞得以平衡恢复,由此表明了her1、her7转录的时滞性促进了Notch信号通路的周期振荡.对于较强噪声环境,时滞效应很难改变Notch信号的巨大突变,其信号通路动力学行为被噪声影响.理论结果符合实验,并揭示了时滞与噪声对Notch信号通路动力学的一种调控机制,可为设计阻止Notch功能异常导致的多种疾病和癌症的通路治疗方案提供理论依据.     

药物小分子穿越磷脂双层膜输运过程中的时滞效应

本文基于扩散动力学,建立了一种新的药物小分子穿越磷脂双层膜输运的理论模型,研究药物小分子穿越磷脂双层膜输运的动态过程,考察药物小分子跨膜输运过程中的时间延迟(时滞)效应。研究发现,药物小分子在数分钟内穿越磷脂双层膜各区域进入细胞,由于时滞效应,穿膜过程呈现了周期性演化特性。当药物小分子数量增加到一定程度,磷脂分子层会出现微小孔,让积累的药物小分子快速通过。通过分析模型中各参数的敏感性,我们还发现,药物小分子在磷脂双层膜内不同区域的扩散特性,以及输运过程的时滞性,都会对药物小分子穿越磷脂双层膜的动力学有较大程度的影响。理论结果符合模拟、实验观测,进一步深刻揭示了药物小分子穿越磷脂双层膜的穿膜特性,可为设计确切的疗法药物提供必要的参考和新方案。     

GYS2 与 p53 抑制 HBV 相关的肝癌进展

本文基于 Hill 动力学与 Michaelis-Menten 方程,建立理论模型研究糖原合酶2 (GYS2) 与 p53 蛋白抑制乙肝病毒(HBV)相关的肝癌进展。理论模型考虑乙肝病毒x蛋白 (HBx)、组蛋白脱乙酰基酶1 (HDAC1)与乙酰化的p53(p53AC) 结合形成复合体,抑制GYS2 表达,以及GYS2通过调控增强稳态 p53(Sp53) 表达,进而抑制肝癌(HCC)的发生发展。研究发现,GYS2 灵敏地调控 Sp53 表达上调,从而使得未乙酰化的Sp53(FSp53) 表达提升,抑制 HCC 的发生发展。部分 Sp53 经过 p300 蛋白乙酰化后与 HBx、 HDAC1 结合形成复合体,通过负反馈抑制 GYS2表达。通过考察不同浓度 HBx 条件下 GYS2 与 FSp53 的动力学特性,我们发现,较高浓度的 HBx 减弱了 GYS2 表达,进而弱化了下游 FSp53 的表达水平。另外,p300 与部分 Sp53 结合,也在一程度上调低了 FSp53 的表达水平,减弱了 FSp53 对 HCC 的抑制程度,从而促进了HCC 发生发展。理论结果符合实验,并进一步揭示 GYS2 与 p53调控的 HCC 的抑癌机理,可为设计阻断乙型肝炎向 HCC 转变通路的治疗方案提供理论依据。     

Role of hydrogen bonding in solubility of poly(N-isopropylacrylamide) brushes in sodium halide solutions

By employing molecular theory, we systematically investigate the shift of solubility of poly(N-isopropylacrylamide)(PNIPAM) brushes in sodium halide solutions. After considering PNIPAM–water hydrogen bonds, water–anion hydrogen bonds, and PNIPAM–anion bonds and their explicit coupling to the PNIPAM conformations, we find that increasing temperature lowers the solubility of PNIPAM, and results in a collapse of the layer at high enough temperatures. The combination of the three types of bonds would yield a decrease in the solubility of PNIPAM following the Hofmeister series: Na ClNa BrNa I. PNIPAM–water hydrogen bonds are affected by water–anion hydrogen bonds and PNIPAM–anion bonds. The coupling of polymer conformations and the competition among the three types of bonds are essential for describing correctly a decrease in the solubility of PNIPAM brushes, which is determined by the free energy associated with the formation of the three types of bonds. Our results agree well with the experimental observations, and would be very important for understanding the shift of the lower critical solution temperature of PNIPAM brushes following the Hofmeister series.     

水蒸气诱导聚电解质刷的构象转变

我们把Flory-Huggins模型(association models)推广应用到暴露于水蒸气中的聚电解质刷体系,考虑聚电解质-水氢键(P-W氢键)与水-水氢键(W-W氢键)、形成氢键与聚电解质链构象的耦合特性,研究水蒸气诱导的聚电解质刷构象转变的机理.研究发现,当P-W氢键效应起主导作用时,随着水蒸气浓度的增加,聚电解质刷会单调溶胀;P-W和W-W两种氢键效应,则会导致随着水蒸气浓度的增加,聚电解质刷的构象首先塌缩,然后开始溶胀的反常转变行为.基于本文的分析,可以预言,由于P-W氢键效应,聚电解质刷可以吸附水蒸气,吸附能力随聚电解质链长的增加而增强;当聚电解质链接枝密度足够高时,由于P-W和W-W两种氢键效应,增加体系中的水蒸气,会在聚电解质刷体系中形成由P-W氢键和W-W氢键交错链接的三维网络状凝胶结构.     

水蒸气诱导聚电解质刷的构象转变

我们把 Flory−Huggins 模型(association models)推广应用暴露于水蒸气中的聚电解质刷体系,考虑聚电解质-水氢键(P-W氢键)与水-水氢键(W-W氢键)、形成氢键与聚电解质链构象的耦合特性,研究水蒸气诱导的聚电解质刷构象转变的机理.研究发现,当 P-W 氢键效应起主导作用时,随着水蒸气浓度的增加,聚电解质刷会单调溶胀;P-W 和 W-W 两种氢键效应,则会导致随着水蒸气浓度的增加,聚电解质刷的构象首先塌缩,然后开始溶胀的反常转变行为。基于本文的分析,可以预言,由于 P-W 氢键效应,聚电解质刷可以吸附水蒸气,吸附能力随聚电解质链长的增加而增强;当聚电解质链接枝密度足够高时,由于 P-W 和 W-W 两种氢键效应,增加体系中的水蒸气,会在聚电解质刷体系中形成由 P-W 氢键和 W-W 氢键交错链接的三维网络状凝胶结构。     

HBx 诱发肝脏糖原代谢的昼夜节律性异常

在本文中,基于Hill 动力学与 Michaelis-Menten 方程,建立理论模型研究乙肝病毒x蛋白(HBx)诱发肝脏糖原代谢的昼夜节律性改变。理论模型考虑：HBx、组蛋白脱乙酰基酶1 (HDAC1) 与乙酰化的p53(p53AC) 结合形成复合体,并抑制 GYS2 表达;CLOCK 基因通过调控昼夜节律mRNA(Circadian mRNA)和频率蛋白(FRQ)的表达合成,调节 GYS2 磷酸化/去磷酸化的昼夜节律性。研究发现,在较低 HBx 浓度条件下,磷酸化的 GYS2 (pGYS2) 和去磷酸化的 GYS2 (dGYS2) 随时间演化,呈现了周期性的振荡特性。GYS2 通过磷酸化作用抑制其活性,通过去磷酸化,GYS2 被激活,这种磷酸化/去磷酸化转变保持了肝脏糖原代谢的昼夜节律性。在较高 HBx 浓度条件下,dGYS2 随时间演变的周期振荡节律性被改变,并且振荡幅度降低。由此表明,较高浓度的 HBx 则会在很大程度上改变 GYS2 去磷酸化的活性,GYS2 磷酸化/去磷酸化转变的昼夜节律性会被 HBx 破坏。另外,HBx 与 HDAC1、p53AC 形成复合体协同抑制 GYS2,也会在很大程度上改变 GYS2 磷酸化/去磷酸化转变的昼夜节律性。糖原代谢昼夜节律性的改变,导致肝脏内糖原代谢紊乱,进而促使肝癌(HCC)的发生发展。理论结果符合实验,并进一步揭示了 HBx 诱发肝脏糖原代谢紊乱,进而导致 HCC 的发生发展的一种致癌机理,可为设计阻断 HBV 向 HCC 转变通路的治疗方案提供理论依据。     

模型化研究药物小分子阻滞细胞周期

基于扩散动力学与细胞信号传导动力学,研究药物小分子对细胞周期的阻滞特性.理论模型考虑药物小分子穿越细胞膜输运的动力学特性,以及进入细胞内的药物分子对细胞周期的阻滞效应.研究发现,穿越细胞膜内层进入细胞内的药物分子,将会在很大程度上决定药物分子对相关的靶向基因、蛋白的阻滞功效.细胞膜对药物分子的输运特性,是影响药物分子阻滞细胞周期的关键因素.另外,药物分子的降解程度,将会改变药物分子与靶向基因、蛋白作用时间,进而改变对相关细胞生长增殖的抑制效应.通过对模型中各参数的敏感度分析,我们确认了药物分子穿越细胞膜、进入细胞内过程的多种因素对细胞周期的抑制效应.本文理论结果符合模拟、实验观测,进一步深刻揭示了药物小分子阻滞细胞周期的物理机制,可为设计确切的疗法药物提供必要的参考和新方案.