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[学位论文] 陈彬彬浙江大学 2022年博士导师: 王琦共188页

摘要 : 癌症是 21 世纪人类的主要死因之一。目前癌症的治疗手段主要是手术、放疗和化疗。但是现有的抗癌药物一般难以自主进入肿瘤细胞，导致化疗的效果不甚理想。为解决抗癌药物的跨膜问题，同时提高给药系统的靶向性，可活化细胞穿膜肽（ACPPs）应运而生。... 展开癌症是 21 世纪人类的主要死因之一。目前癌症的治疗手段主要是手术、放疗和化疗。但是现有的抗癌药物一般难以自主进入肿瘤细胞，导致化疗的效果不甚理想。为解决抗癌药物的跨膜问题，同时提高给药系统的靶向性，可活化细胞穿膜肽（ACPPs）应运而生。ACPPs 是由细胞穿膜肽（CPPs）、连接肽与聚阴离子肽连接组成的三域肽。在ACPPs 的设计中，CPPs的正电性最初通过静电结合被聚阴离子掩盖，而在对基质金属蛋白酶-2/9（MMP-2/9 ）敏感的连接肽PLGLAG被切割后，CPPs被“激活”，从而带着负载的药物分子进行下一步的细胞跨膜。虽然ACPPs在实验中体现出良好的肿瘤靶向性，但是ACPPs被肿瘤组织高表达的 MMP-2/9 激活从而释放出 CPPs 及其负载药物的详细过程与分子机制目前尚未清楚。近年来，分子动力学模拟等计算化学方法成为阐明生物体中酶的化学性质以及设计新型治疗剂的必要工具。本工作希冀通过分子动力学模拟方法研究MMP-2/9与ACPPs的相互作用与分子识别机制，使用基于经典力学和量子力学的QM/MM方法探究MMP-2/9水解底物肽的具体过程，采用操纵式分子动力学模拟方法和伞状取样法计算自由能探索 ACPPs 水解产物的释放机制。本论文希望通过对MMP-2/9激活ACPPs具体过程的系统研究，为靶向给药系统的设计提供分子水平上的深入理解。首先，本文对底物肽及ACPPs与MMP2-/9的结合过程进行了探究。在底物肽PLGLAG，即ACPPs的连接肽与MMP-9催化域的结合中，底物肽P1位点的Gly4和P1’位点的Leu5被证实是影响结合稳定性的关键残基。通过突变研究，发现底物肽P1位点的位置，而非其残基种类，在底物肽与 MMP-9催化域的结合中起关键作用。在探索 ACPPs 与 MMP-2/9 的结合时，发现 E9-PLGLAG-R9 （E9R9）能够被MMP-2/9成功识别并结合，并且R9与MMP-2/9的相互作用小于E9与MMP-2/9的相互作用，符合后续屏蔽效应顺利解除的条件。但是反向结合的R9E9与MMP-9的结合则没有E9R9稳定，其结合情况也不利于后续屏蔽效应的解除。本论文还探究了不同电荷量和不同长度的ACPPs对MMP-9识别底物肽过程的影响，研究发现底物肽与MMP-9结合的强弱与稳定性都会受到一定程度的影响。因此从识别与结合的角度来看，E9R9是最为合适的ACPPs。随后，我们对ACPPs激活过程中的关键一步——MMP-2/9水解底物肽的过程进行了深入的探究。研究发现MMP-2和MMP-9水解底物肽PLGLAG的催化机制均是水介导的亲核进攻。水分子不仅介导水解反应的发生，而且起到了稳定中间体的作用。此外，催化锌离子附近的谷氨酸（ MMP-2: Glu116 ， MMP-9: Glu227）通过帮助极化催化水分子Wat以及帮助质子转移，从而在整个催化水解反应中发挥了重要作用。比较两种蛋白酶水解底物肽PLGLAG的能量变化，发现MMP-2水解底物肽PLGLAG的效率更高，并且MMP-2水解体系的决速步为反应第一步亲核进攻，而MMP-9水解体系的决速步则是反应第二步氢键重排。本文对底物肽 P1 和 P1’位点的突变结果表明，不同残基种类会改变关键步骤的反应能垒，从而改变反应的决速步，同时影响底物肽的水解速率。之后，本文还探究了底物肽及 ACPPs 水解产物的释放机制。底物肽断裂后的氨基部分 N-product 与其酰基部分 C-product 解离常数的巨大差异，说明N-product 比C-product 更易离开靶蛋白MMP-9。底物肽水解产物 P1位点残基种类的改变会对解离常数产生巨大的影响，P1位点突变为带负电的天冬氨酸时，更有利于屏蔽效应的解除。ACPPs水解后的CPPs端产物N-R9的离去主要需要克服与屏蔽肽端水解产物的相互作用，水解后的N-R9基本与MMP-9没有结合。而ACPPs水解后的屏蔽肽端产物C-E9与靶蛋白MMP-9以及CPPs端水解产物均存在很强的相互作用，因此 C-E9 在释放过程中首先要完成连接肽 P1 位点残基与MMP-9催化锌离子的解离，其次再是屏蔽肽段部分E9与CPPs部分R9的解离。因此在ACPPs水解后，CPPs端水解产物会比屏蔽肽端水解产物更易离开靶蛋白MMP-9，从而完成ACPPs的激活过程，为下一步CPPs及负载药物进入靶细胞做好准备。本论文探究了MMP-2/9结合ACPPs的识别机制，MMP-2/9水解ACPPs连接肽的催化机制，以及ACPPs水解产物的释放机制，系统性地阐述了MMP-2/9激活 ACPPs 的分子机制。希望本论文的工作能够为基于 MMP-2/9 的新一代ACPPs靶向给药系统的设计提供理论基础与指导。收起

关键词 : 药物载体可活化细胞穿膜肽基质金属蛋白酶-2 基质金属蛋白酶-9 肿瘤靶向性分子动力学模拟

2. 蛋白质构象激活和分子识别机制的分子动力学研究

[学位论文] 罗琦浙江大学 2017年博士导师: 王琦共183页

摘要 : 蛋白质是生命的物质基础，与各种形式的生命活动紧密相关。尽管组成蛋白质的氨基酸的基本种类相同，但是各种蛋白质的结构和性质却千差万别。一个氨基酸突变就可能引起蛋白质构象的巨大变化，使蛋白质表现出完全不同的动力学特征，进而影响与其它分子... 展开蛋白质是生命的物质基础，与各种形式的生命活动紧密相关。尽管组成蛋白质的氨基酸的基本种类相同，但是各种蛋白质的结构和性质却千差万别。一个氨基酸突变就可能引起蛋白质构象的巨大变化，使蛋白质表现出完全不同的动力学特征，进而影响与其它分子的识别。蛋白质不仅是生命活动的承载体，还可以作为药物和运输药物的载体。因此蛋白质在化学、生物学、药学以及医学等领域得到了广泛的研究。目前从分子水平上对蛋白质的结构和功能的认识还远远不够；突变和修饰引起蛋白质构象变化、活性失控的具体机制还不清楚；蛋白质与蛋白质、蛋白质与其它分子的结合与识别的过程仍有待进一步探索；蛋白质作为靶点或药物甚至运输药物的载体的可行性亟待测试并验证。从微观水平上回答这些问题对于理解蛋白质分子机器的运作机制、设计载药系统运输蛋白质药物等都有重要意义。本文运用分子动力学模拟研究伴侣蛋白热休克蛋白90（Hsp90）的构象和动力学性质，并选取其中的ATP及周围的重要氨基酸进行量化计算，使用密度泛函理论对 ATP水解的反应路径和能垒进行初步探索。接着我们基于实验和文献，在计算机中构建了多种 Hsp90突变体的模型并进行分子动力学模拟和泊松-波尔兹曼连续静电场计算，探索了各种翻译后修饰或氨基酸突变对 Hsp90构象与动力学、ATP结合能力及水解速率的影响，为全面理解Hsp90分子机器的运作机制打下基础。为了进一步理解Hsp90作为伴侣蛋白的性质和功能，我们选取了酪氨酸激酶c-Src、高活性突变体c-Src3MΔC以及高活性致癌突变体v-Src，使用分子动力学模拟、metadynamics以及多种分析方法重点考察了三个蛋白质在构象和激活机制中的差异，并推测了Hsp90识别客户蛋白的机制。最后为了研究蛋白质作为载体在蛋白质药物运输中的可行性，我们以牛血清白蛋白（BSA）作为载体运输干扰素α-1b（IFN），通过分子对接、分子动力学模拟以及伞状抽样，阐明了IFN与BSA的结合位点、结合机制以及结合自由能。鉴于BSA是丰富的血浆蛋白，不仅可以作为蛋白质纳米颗粒在药学中获得应用，还可以与进入生物体内的其它纳米颗粒进行相互作用。因此我们使用分子动力学模拟考察了 BSA在钛酸锶纳米颗粒的不同晶面上的吸附情况，并解释了导致差异性吸附的原因。本研究主要内容包括：⑴Hsp90中的 Glu33是催化 ATP水解的重要残基，Arg380可以稳定过渡态结构。Arg32远离Glu33时，有利于Glu33的质子化，从而降低ATP水解的反应能垒。⑵四个重要的磷酸化位点Ser379、Ser485、Ser602和Ser604的磷酸化会明显干扰Hsp90的二聚化。N端二聚化的减弱可能导致N端结构域与各自的ATP分子的结合增强。Trp300的突变（Trp300Ala/Glu/Lys）使蛋白质的整体构象更紧凑，增长了Hsp90中的信息传播路径。Phe104和Phe124被突变为Trp后， ATP与Phe或者Trp的π-π相互作用增强，ATP结合区域的构象显著改变。Lys594的单甲基化对Hsp90的C端结构域的二聚化界面产生显著干扰。⑶ATP结合或Tyr416磷酸化可以使野生型酪氨酸激酶c-Src从不活泼状态转化到活泼状态。c-Src的突变体c-Src3MΔC在没有激活刺激物（如ATP或磷酸化的Tyr416）的情况下可自动激活。突变体c-Src3MΔC与v-Src的动力学行为类似，表明3MΔC很可能是高活性致癌的v-Src有别与低活性野生型c-Src的最关键的突变。⑷激酶中的松散结构，特别是β1-β5片层和P-loop，可能是Hsp90识别的区域。Hsp90可以稳定处于亚稳态的活泼的客户蛋白，这可能是c-Src3MΔC以及v-Src能够被Hsp90识别而稳定的c-Src不能被识别的原因。⑸蛋白质药物干扰素α-1b（IFN）与载体牛血清白蛋白（BSA）的结合位点可能位于BSA的III结构域。氢键和盐桥在IFN与BSA的结合过程中扮演了重要角色。IFN对BSA的亲和力比小分子药物更强。⑹SrTiO3不同晶面的原子结构决定了不同的水化层结构，导致 BSA在(100)晶面上吸附，但在(110)晶面上不能吸附。(110)晶面上的水分子排列有序，形成稳定的屏障，阻碍了蛋白质吸附。而(100)晶面上的水分子排列杂乱，水化层松散，蛋白质可穿过水层与晶面相互作用。收起

关键词 : 热休克蛋白生物测定分子识别量化计算

3. 基于视线分析的商业中心区塔式高层建筑形体控制研究

[学位论文] 游昊星重庆大学 2013年硕士导师: 王琦共182页

摘要 : 十九世纪中叶，由于工业和经济的迅速发展给人们带来了钢铁工业、电梯和通讯，这使得高层建筑的高速发展成为可能。在之后的时间里，随着世界范围内越来越多的高层建筑实践和频繁商业活动的出现，人们对高层建筑不断提出新的要求，加之新技术、新材料... 展开十九世纪中叶，由于工业和经济的迅速发展给人们带来了钢铁工业、电梯和通讯，这使得高层建筑的高速发展成为可能。在之后的时间里，随着世界范围内越来越多的高层建筑实践和频繁商业活动的出现，人们对高层建筑不断提出新的要求，加之新技术、新材料、新结构的出现，使高层建筑有了新的发展。近几十年来，大量的人口城市化促使城市人口密集度增加、地价急速上升、用地高度紧张。因此，商业区的高层建筑如雨后春笋拔地而起，并开始成为当代主导的建筑类型之一。它不仅可以成为多种功能的载体，而且能够将各功能部分系统地整合为统一有机体，实用性极强。由于其高度不断攀升，在许多商业中心区高层建筑开始以塔式高层的形式更密集地出现，它们对城市面貌和城市空间产生越来越大的影响，而人作为城市的主人和观察这些建筑的主体，更受到来自塔式高层建筑形态的视觉冲击。人对这种冲击的反应也一定程度上对商业中心区塔式高层建筑的形体控制提出了更苛刻的设计要求。视知觉在艺术创作、摄影、设计等领域的应用都非常多，其理论涵盖范围非常广泛，而视线分析作为该理论衍生出的一种分析方法在建筑形体控制上的应用越发重要。在建筑设计的范畴内，塔式高层建筑的形体控制是观察者对建筑的视觉感知和符号信息传达的客观前提。国内外不乏关于视知觉的各个基本理论、视知觉在各领域的应用研究以及建筑形态审美研究，但对于视知觉理论具体逻辑化并用视线分析方法，从不同视点研究商业中心区塔式高层建筑尚且不多，因此作者提出针对商业中心区的塔式高层建筑的分析研究并进一步提出建议具有一定的积极意义。作者根据导师研究的高层建筑的方向，收集诸多塔式高层建筑实例，基于视线分析，对多个城市的商业区进行比较全面的实地调研，并运用视域分析、视距分析和视高分析，从多个具有代表意义的视点对塔式高层建筑的实例进行分析比较，总结该建筑在形态塑造方面的经验和问题，并进一步将分析研究扩展到具体的建筑各具体部分，细化分析成果，体现出视线分析在建筑形体控制上的指导作用。继而以笔者参与的长春金源广场的实际工程项目作为例证，进一步验证研究成果的指导意义。最后，文章总结以上内容，并再次引发读者对于商业中心区塔式高层建筑的形态塑造的进一步探索。收起

关键词 : 商业中心区高层建筑形体控制视线分析设计策略

4. 公路客运交通枢纽换乘高效化对策研究

[学位论文] 牛艳丽重庆大学 2013年硕士导师: 王琦共180页

摘要 : 近年来，随着我国经济的快速发展，我国大中城市公路客运枢纽也呈飞速发展趋势，这主要有两方面原因：首先是随着我国大力建设高速公路，依托于高速公路的城际客运发展迅速，虽然近年我国大中城市在公路客运方面涌现出不少新修的综合性一体化换乘枢纽... 展开近年来，随着我国经济的快速发展，我国大中城市公路客运枢纽也呈飞速发展趋势，这主要有两方面原因：首先是随着我国大力建设高速公路，依托于高速公路的城际客运发展迅速，虽然近年我国大中城市在公路客运方面涌现出不少新修的综合性一体化换乘枢纽站，但远未普及到位，仍存在不少上世纪修建的长途汽车客运站难以满足旅客出行及换乘需求，而中小城市则在这方面更加欠缺；其次，随着我国大中城市以轨道交通为依托的城市公共交通体系的迅速发展，其覆盖面，便捷性和大运力都大大增强。这样就有条件在城市外围设置综合性的客运枢纽，将城际间的外部高速公路交通与城市内部的公共交通衔接起来。公路客运换乘枢纽的设计难点在于如何通过空间设计与流线组织提高其运营效率。公路客运交通换乘枢纽集合了长途客运、城市公共交通（通常包括轨道交通、公交、出租等）、私人交通等多种交通方式，各类交通方式之间的换乘组织纷繁复杂，乘客在其中的换乘行为也具有不确定性。因此公路客运交通换乘枢纽的空间形式与流线组织有别于其它公共建筑以及长途汽车站等传统交通建筑。本文的研究对象是公路客运交通枢纽中的换乘高效化设计。换乘枢纽站的换乘空间设计是公路客运交通换乘枢纽设计的核心之一，各类客流流线在枢纽站进行汇集、转换。换乘高效化的设计，即研究换乘枢纽站的各功能间的高效化组织利用，合理组织不同客流间的换乘流线，增强客运枢纽的导向性和通畅性，使其枢纽的运行效率极大化。本文主要从五个层次研究换乘枢纽站内外空间的高效化换乘：首先是高效化换乘概念的提出和方法构建。用城市社会地理学、环境心理学、出行需求预测理论作为本文的主要理论指导，找出影响换乘效率的因素，提出高效化换乘设计的原则，并作为后面具体研究分析的依据。其次是对客运交通枢纽站与城市空间衔接的研究分析。从枢纽站的规划布局与形态分类入手，论述了公路客运交通枢纽站与多种交通方式的整合，以及枢纽站结合城市功能的综合开发。然后，是对公路客运换乘枢纽外部空间高效化换乘设计对策的具体分析。从影响因素和设计策略入手，研究公路客运交通枢纽站站房与站场的衔接，与多种交通方式的整合以及交通流线的优化设计。再者，是对客运交通换乘枢纽内部空间高效化换乘设计对策的具体分析。从空间和功能本身入手，研究它们的组织要素和组织方式，再推及客运换乘枢纽的交通空间与相关功能空间的高效化组织设计。从空间的识别性、导向性、交通环境优化设计等几个方面进行空间高效化设计的具体阐述。最后，则是通过对北京六里桥换乘枢纽换乘效率的评价分析，对研究的理论进行检验与总结。收起

关键词 : 公路客运交通枢纽换乘对策运营效率流线组织空间形式

5. 大城市对外公路客运枢纽交通组织设计研究

[学位论文] 武子栋重庆大学 2011年硕士导师: 王琦共174页

摘要 : 经济的快速发展，城市规模的日益拓展，人民生活水平的提高，使城市公共交通得到迅速的发展。伴随着高速公路的快速发展、城市轨道交通的建设以及管理体制改革的进程，大城市公路客运站建设迎来一个加快发展的重要时期。近些年来一些地区先后设计和建... 展开经济的快速发展，城市规模的日益拓展，人民生活水平的提高，使城市公共交通得到迅速的发展。伴随着高速公路的快速发展、城市轨道交通的建设以及管理体制改革的进程，大城市公路客运站建设迎来一个加快发展的重要时期。近些年来一些地区先后设计和建成一批以汽车客运站为核心的大中型交通枢纽，车站的增加、各类交通之间的换乘需求、开放性的候车功能要求，以及新的管理方式、服务理念和新的技术可能性，使公路客运枢纽的建设发生了巨大地变化，充分反映当代汽车客运站的的巨大变革——大城市公路客运站已经由单一的站点功能演变成城市综合客运的换乘中心。但是对于公路枢纽的研究、法规规范等十分匮乏，没有有效的跟上时代发展的步伐，以此对这种特殊类型的建筑进行初步的探讨与研究，有着重要的现实意义。本文研究对象为大城市对外公路客运枢纽研究的核心——交通组织设计。交通组织的好坏直接关系到枢纽运行的质量和公众的换乘效率。本文从站场交通组织和站房交通组织两方面分别论述大城市对外公路客运枢纽交通组织的模式和策略。站场部分：首先提出了站场交通组织原则，并以之作为站场交通组织的指导思想，随后论述了站场流线设计要点并以此提出站场交通组织的模式策略，最后对客运枢纽相关各类交通方式的衔接的模式进行了分析。站房部分：首先提出了站房交通组织原则，并对站房交通组织要点进行了论述，其次分析了站房相关各类交通方式的人流组织模式，最后提出了交通组织模式策略。文章针对大城市对外公路客运枢纽的诱导系统、智能化应用以及换乘安全问题进行了分别论述，这些均对客运枢纽的交通组织起到了推动作用，也是“换乘效率”和“以人为本”的集中体现。论文最后重点分析了笔者参与的导师课题组项目，并对枢纽的各个交通流线进行了分析，并以此作为对换乘枢纽交通组织设计的例证。收起

关键词 : 公路客运站交通组织站场布局衔接模式换乘效率

6. 城市对外公路交通换乘枢纽内部空间高效能设计初探

[学位论文] 喻文杰重庆大学 2012年硕士导师: 王琦共169页

摘要 : 近年来在我国大中城市的快速发展下，城市对外公路客运交通换乘枢纽也呈飞速发展趋势，这主要有两方面原因：首先是随着我国大力建设高速公路，依托于高速公路的城际客运发展迅速。虽然近年我国大中城市在公路客运方面涌现出不少新修的综合性一体化换... 展开近年来在我国大中城市的快速发展下，城市对外公路客运交通换乘枢纽也呈飞速发展趋势，这主要有两方面原因：首先是随着我国大力建设高速公路，依托于高速公路的城际客运发展迅速。虽然近年我国大中城市在公路客运方面涌现出不少新修的综合性一体化换乘枢纽站，但远未普及到位，仍存在不少上世纪修建的长途汽车客运站难以满足旅客出行及换乘要求，而中小城市则在这方面更加欠缺；其次，随着我国大中城市以轨道交通为依托的城市公共交通体系的迅速发展，其覆盖面和便捷性都大大增强。这样就有条件在城市外围设置综合性的客运枢纽，将高速公路城际交通与城市公共交通衔接起来。公路客运交通换乘枢纽的设计难点在于如何通过空间设计与流线组织提高其运营效率。公路客运交通换乘枢纽集合了长途客运、城市公共交通(通常包括轨道交通、公交、出租等)、私人交通等多种交通方式。各类交通方式之间的换乘组织纷繁复杂，乘客在其中的换乘行为也具有不确定性。因此公路客运交通换乘枢纽的空间形式与流线组织有别于通常意义上的交通建筑如长途汽车站、铁路客运站、航空港等。本文的研究对象是公路客运交通换乘枢纽中的内部空间的高效能设计。换乘枢纽的内部空间设计是公路客运交通换乘枢纽设计的核心之一，各类客流流线在内部进行汇集、转换。内部空间的高效能设计，即研究内部空间的各功能间的高效化组织利用，合理组织不同客流间的换乘流线，增强客运枢纽的导向性，使其枢纽的运行效率最高。并且优化内部空间环境，在乘客能舒适地换乘出行的同时创造更多的经济利益。本文主要从四个层次研究内部空间的高效能化：首先是内部空间高效能概念的提出和方法构建。用环境心理学，旅客换乘心理行为研究、自组织理论、系统论和建筑拓扑学作为本文的主要理论指导，找出影响内部空间的因素，提出高效能设计的原则。并作为后面具体研究分析的依据。其次是对客运交通换乘枢纽内部空间环境高效能化设计的具体分析。从空间和功能本身入手，研究它们的组织要素和组织方式。再推及客运换乘枢纽的交通空间与相关功能空间的高效能组织设计。从空间的识别性、导向性，空间环境优化、无障碍设计、安全设计和智能化设计等几个方面进行空间高效化设计的具体阐述。然后，针对内部空间的核心功能--换乘空间进行研究。在分析换乘空间特征与换乘人流特点后，抓住八个影响因素，并提出设计策略。再具体落实到最重要的换乘大厅空间组织、大厅内部流线组织以及所衔接的不同交通类型的换乘空间流线的设计，并从定量分析的角度对换乘空间交通要素设计进行探讨。最后，则是通过对课题项目重庆四公里换乘枢纽站的实例分析，对研究的理论进行检验与总结。收起

关键词 : 城市交通客运枢纽换乘空间设计策略

7. 分子动力学模拟研究蛋白质与不同生物材料的作用机理

[学位论文] 孙天杨浙江大学 2015年博士导师: 王琦共168页

摘要 : 蛋白质作为生物体内最重要的组成之一，是一切生命活动的基础。蛋白质功能的发挥离不开与其它分子或界面的相互作用。因此，对蛋白质的识别、吸附机制与稳定性的研究不仅是探索基因调控、免疫反应、信号转导、生物矿化等一系列生命过程的基础，也是促... 展开蛋白质作为生物体内最重要的组成之一，是一切生命活动的基础。蛋白质功能的发挥离不开与其它分子或界面的相互作用。因此，对蛋白质的识别、吸附机制与稳定性的研究不仅是探索基因调控、免疫反应、信号转导、生物矿化等一系列生命过程的基础，也是促进纳米技术、组织工程以及生物医学等领域发展过程中需要研究及解决的重要问题。例如，蛋白质的分离纯化过程中会面临一些苛刻的工业条件（温度、pH等），为确保蛋白质的结构及功能活性，需要对蛋白质的稳定性进一步认识并设计改造合适的生产材料。同样，在生物医药领域，无论是生物药抑或是化学药，有效的药物输送体系以及靶向释放系统的设计与开发也需要通过对相关材料状态，药物吸附状态以及靶点作用的理论基础研究提供指导。例如，一些聚合物既可以作为药物辅料或输送系统，又可以逆转细胞的多药耐药性、提高药效，其中，材料与蛋白质间的相互作用机理就是进一步设计改造材料的重要基础。此外，在组织替代材料如骨骼、牙齿、皮肤或一些器官的植入过程中，从蛋白质到细胞的吸附与调控也基于生物分子与表面的相互作用这一复杂现象。而不同部位的植入材料对蛋白质的粘附性能要求有很大不同。例如对皮肤、骨骼等移植物来说需要其与肌体具有良好的生物相容性并能通过控制各种材料表面吸附的蛋白质的数量、排列及构象恢复其生理功能;而对血管或眼球等材料则需要具有“去污能力”进而避免蛋白质吸附造成生物污染。这里，溶液环境、蛋白质本身的性质、材料的亲疏水性以及微观结构等都是决定蛋白质吸附性能的重要因素。量子化学计算以及分子模拟在研究生物分子与生物材料的相互作用中具有强大的优势，已经成为了除实验手段以外有力的研究工具。本论文利用分子动力学（molecular dynamics，MD）模拟研究了蛋白质分子与不同性质的生物材料之间的相互作用，并对影响相互作用的一些因素进行了详细的探讨。依次选择了包括智能型水凝胶与接枝壳寡糖在内的软物质（高分子）生物材料和硬组织替代材料二氧化钛合金作为研究对象。首先研究了抗体类药物与修饰了带电配体的聚乙烯醇水凝胶胶团的相互作用，并对不同pH条件下，蛋白质的稳定性、凝胶的结构以及相互作用受到的影响进行了分析，发现了聚乙烯醇水凝胶对于蛋白质的结构的稳定化作用。接着研究了具有载药功能的水杨酸接枝壳寡糖与多药耐药蛋白P-糖蛋白的吸附位点及作用机理，发现壳寡糖与P-糖蛋白的作用的性质及主要吸附位点。进一步，我们研究了二氧化钛表面亲疏水性对于不同稳定性结构蛋白质吸附的影响，发现了蛋白质在亲水性不同表面的吸附能力及主要原因，并且结构稳定性不同的蛋白质在疏水性表面的不同吸附构象。希望通过以上研究，为蛋白质的纯化分离、药物分子与载药体系的设计、生物材料的开发提供有效的建议。本论文的主要研究成果如下: 1.通过对不同pH环境下蛋白质与配基修饰凝胶间相互作用能曲线的研究以及模拟轨迹的动画，我们发现水凝胶的存在使蛋白质的结构及蛋白质与配基间的相互作用更加稳定，且在pH较低的时候蛋白质的稳定作用更加明显;修饰了带电配基(EDPW)的水凝胶会对环境pH产生响应，在酸性pH条件下水凝胶收缩，溶剂可及表面积减小，且蛋白质与配基间的特异性相互作用受到抑制。通过这些研究，我们还原了pH敏感型水凝胶在不同pH条件下与蛋白质的作用，并证明了聚乙烯醇良好的生物相容性，以及从分子动力学模拟角度研究智能水凝胶与蛋白质相互作用的可行性。 2.通过对水杨酸接枝壳寡糖载药体系与P-gp之间相互作用机理的研究，首先，发现在底物结合位点，水杨酸接枝壳六糖的作用模式与疏水性药物一致;第二，水杨酸接枝壳寡糖链与P-gp表面间为非特异性的相互作用，其作用强度与二者的接触面积有关，因此，主要作用区域为表面积和曲率较大的NBD区及其中的ATP结合区;尽管二者之间没有关键残基作用，但P-gp表面亲水性残基与壳寡糖的作用稍强。最后，研究了水杨酸接枝壳寡糖-紫杉醇-P-gp三者的相互作用，发现分散的水杨酸接枝壳寡糖会重新捕获体系中的紫杉醇。据此提出，水杨酸接枝壳寡糖对癌细胞多药耐药性的逆转机理可能为ATP位点干扰、与药物结合使其绕过P-gp排出或影响P-gp变构。 3.通过对不同电荷羟基化二氧化钛表面蛋白质吸附的能量及蛋白质稳定性研究，发现随着表面亲水性的减弱，蛋白质吸附的强度逐渐增强，且这种影响对稳定性较差的骨形态发生蛋白-2二聚体要大于稳定性较好的乳铁蛋白单体。通过对表面水化层及表面吸附残基的分析，我们发现，亲水性强的表面上水化层更加有序，阻碍了蛋白质与表面的直接作用;而亲水性差的表面上，蛋白质可以通过无序的水化层与表面直接作用，且界面上蛋白质内部疏水性残基的外露带导致蛋白质构象的重排，直接影响蛋白质的稳定性。收起

关键词 : 蛋白质分子生物材料多药耐药性分子动力学

8. 流体分子在微孔材料中吸附与扩散行为研究

[学位论文] 张丽浙江大学 2008年博士导师: 王琦共166页

摘要 : 多孔材料特别是纳米尺度的微孔材料具有广泛的应用前景,对纳孔材料中流体分子及其混合物的扩散、吸附行为的研究具有重要的理论意义和应用价值。由于受到空间的限制,它们在微孔中的吸附、扩散性质往往难以直接通过实验测定获得。传统的理论往往只适用... 展开多孔材料特别是纳米尺度的微孔材料具有广泛的应用前景,对纳孔材料中流体分子及其混合物的扩散、吸附行为的研究具有重要的理论意义和应用价值。由于受到空间的限制,它们在微孔中的吸附、扩散性质往往难以直接通过实验测定获得。传统的理论往往只适用于描述宏观的现象,对受限流体行为的实验与理论研究一直面临着较大的困难和挑战。研究微孔中流体的传递性质,是化工、材料、医药、能源、环保及多种微装置研究和设计中必不可少的重要数据,因此非常有必要从分子层面上研究微孔介质中流体分子传递性质,特别是研究甚少的互扩散行为。近年来氢能经济已被美、欧、日等发达国家提到了发展日程上,各国纷纷投巨资开展研究开发,以期安全、高效地获取、储存和利用氢能。金属有机骨架微孔材料(MOFs)被认为是最有前途的储氢材料之一,受到各国研究者的广泛关注。当前有关金属.有机骨架材料的研究多数集中在合成不同种类和拓扑结构的MOF材料,人们对氢气在MOFs中的吸附机制尚不清楚,因此氢气在MOF中的吸附、扩散、特别是吸附机理和氢气分子运动行为的研究,具有重要的理论意义和应用前景。本文首先采用分子动力学模拟(MD)计算了体相下Ar/Kr混合物以及较复杂的乙醇/水混合物的互扩散行为,并在此基础上研究了受限于模型孔道中Ar/Kr混合物的自扩散以及互扩散系数。在研究了模型微孔的基础上,进一步运用巨正则蒙特卡罗方法(GCMC)研究了氢气在被广泛认为的最有前途的新型储氢材料IRMOF中的吸附行为,发展材料断层成像的方法(mCT)研究气体分子在微孔材料中任意平面上的吸附位点,利用该方法分析了氢气IRMOFs骨架结构中的吸附位点和机制,并利用分子探针的方法进一步计算了氢气分子与IRMOFs骨架结构之间的相互作用能。在这些研究基础上探讨了影响氢气在MOFs中储氢量的主要因素,提出了设计规则,依据设计规则设计了几种新型的具有较高储氢性能的MOF材料。此外,本论文还采用构型导向蒙特卡罗方法(configurational-bias Monte Carlo,CBMC)方法和GCMC相结合的方法探讨了IRMOF材料对C4-C6烷烃异构体混合物的吸附和分离性能。主要研究结果如下： 1.从热力学影响因素和动力学影响因素两个方面研究了Ar/Kr混合物以及乙醇/水混合物的互扩散系数。研究表明对于Ar/Kr混合物体系,动力学因子L随xAr增加呈线性增长,其相异扩散系数(distinct diffusivity)接近于零,而对于乙醇-水混合物体系,其L随xE变化规律不明,当xE<0.3时,L随xE的增加而降低,当xE>0.3时,L在一固定值上下波动,相异扩散系数明显大于零。理想混合物的互扩散系数变化趋势主要由动力学因素所决定,可以通过计算各组分自扩散系数的贡献L0=xADB+xBDA近似获得,而对非理想溶液混合物的互扩散系数变化趋势主要由热力学因子Q所控制。 2.研究了不同浓度下Ar/Kr混合物在通道型微孔中的自扩散和互扩散系数,孔壁的限制使得混合物的非理想性有所改变。孔径大小显著地影响了微孔中混合物的扩散性质,微孔中自扩散和互扩散系数均比体相中的值要小,并且它们随着孔径的减小而减小,随着温度的升高而增大。 3.采用GCMC模拟了77K和298K下氢气在IRMOFs中的吸附行为。77K下当压力到达50bar时,氢气在IRMOFs中基本达到饱和吸附。而在298K下氢气在IRMOFs当压力高达100bar时,最高吸附量仅达到2wt％。发展了mCT方法研究氢气在IRMOFs中的吸附位点,研究表明,氢气在IRMOFs中的第一吸附位点位于由三个对苯二甲酸中六个氧原子所形成的碗状结构中,此吸附位点称之为:a(COO)3。其中的两个吸附位点位于Zn4O簇四面体的对角面所在平面"A",而另外两个同等的吸附位点则位于另一平面"B"上,两个平面相距5.4 A,且两个平面之间遵循"A-B-B-A"的循环。低温下随着压力的变化,氢气分子首先吸附到Zn4O簇周围,然后再吸附到有机配体周围,最后才吸附在MOF的孔道中。随着温度的不断升高,氢气分子在IRMOFs中的主要吸附位点不及在低温下的集中。氢气分子与IRMOF-1结构中Zn4O团簇之间的相互作用能大于其与有机配体之间的作用能,且氢气分子越靠近Zn4O团簇相互作用能越强,当氢气分子非常靠近MOF骨架结构时相互作用能由吸引能转变为排斥能,氢气分子处于不同的平面时其相互作用能由结构所决定。 4.IRMOF结构中的Zn4O团簇中的氧原子与氢分子相互作用的大小对氢气的吸附量影响最为显著,据此我们提出了分子设计规则：向有机配体中引入电负性大的原子。根据设计规则向IRMOF-1的有机配体对苯二甲酸中引入F,Cl等具有较大电负性的原子,设计了五种新的MOF材料,并对所设计材料的储氢性能进行评估,研究发现所设计的材料储氢性能均有一定程度的的提高,其中MOF-d5在77 K和1 bar时储氢量高达3.7wt％。利用mCT方法研究了氢气在新设计MOF材料中吸附位点,由于向新设计的MOF材料中引入电负性较大的原子,在新设计的MOF材料孔道中以及有机配体周围产生了一些新的吸附位点。 5.采用CBMC和GCMC相结合的方法研究了IRMOF-6和-1对C4-C6烷烃异构体混合物的吸附和分离性能。直链烷烃和支链烷烃在IRMOF结构中的吸附量随着压力的增加而增加,高压下支链烷烃的吸附量大于直链烷烃。IRMOF-1和IRMOF-6对C4-C6烷烃异构体混合物的相对选择性均不佳,IRMOF-6的选择性略好于IRMOF-1。烷烃分子和IRMOF骨架结构之间的相互作用能的研究表明烷烃分子与Zn4O团簇之间的相互作用能大于其与有机配体之间的作用能,且烷烃分子越靠近Zn4O团簇相互作用能越强。由于甲基和有机配体之间的空间位阻所引起的排斥能使得支链烷烃分子很难靠近IRMOF-6的Zn4O团簇。并分别从热力学和动力学角度解释了烷烃异构体分子在IRMOF-6中的择位吸附现象,研究表明当烷烃异构体混合物主要吸附在孔道之中时,其吸附选择性主要由吸附焓所决定,反之当它们靠近Zn4O团簇时,吸附选择性则主要由吸附熵所决定。动力学模拟过程中,正丁烷在IRMOF-6的Zn4O团簇周围的密度和滞留时间略大于异丁烷。收起

关键词 : 储氢材料氢气吸附流体分子分子动力学

9. 中医阴虚体质的理论与实验研究

[学位论文] 任小娟北京中医药大学 2008年博士导师: 王琦共164页

摘要 : 目的构建阴虚体质的理论体系；探索阴虚体质的基因表达特征；观察阴虚体质的内分泌功能及免疫功能的变化，探索阴虚体质与生化指标的关联性。方法梳理分析古今文献资料，探讨历代医家对阴虚质的认识、现代对阴虚质的表述与判定、阴... 展开目的构建阴虚体质的理论体系；探索阴虚体质的基因表达特征；观察阴虚体质的内分泌功能及免疫功能的变化，探索阴虚体质与生化指标的关联性。方法梳理分析古今文献资料，探讨历代医家对阴虚质的认识、现代对阴虚质的表述与判定、阴虚质的形成、调体干预、养生保健及阴虚质与阴虚证的区别与联系。在流行病学调查的基础上，按照阴虚质及平和质判定标准，筛选8例阴虚质和6例平和质，取上述受试者的外周血，分离白细胞，提取总RNA，纯化并扩增，生物素标记cRNA，采用Affymetrix Gene Chip Human Genome U133+2.0芯片，检测基因表达谱，并对差异表达基因的生物学功能进行评价。按照阴虚质、阳虚质及平和质判定标准，筛选60例阳虚质、60例阴虚质和50例平和质，清晨8：00～9：00空腹抽取静脉血8ml，3000r/min，离心5min，分离血清，-70℃冰箱中保存，采用ELISA法测定三组血清皮质酮、皮质醇、促肾上腺皮质激素、环磷酸腺苷、环磷酸鸟甙、游离三碘甲状腺原氨酸、游离甲状腺素、促甲状腺素、白细胞介素1β和白细胞介素2水平，计算cAMP/cGMP比值，并对三组的上述指标之间的差异进行分析。结果理论研究发现，阴虚体质的形成，受先天因素、后天因素、社会因素等的影响，多因先天不足，如孕育时父母体弱，或年长受孕、早产等，或后天失养，纵欲耗精，积劳阴亏，或曾患出血性疾病，或嗜酒伤阴，或误服辛燥之品等原因而形成；阴虚质的特征性表现为“热象”(手脚心发热、出汗，身体、脸上发热，面部两颧潮红或偏红)和“干燥”(皮肤干燥、眼睛干涩、口干咽燥)等。基因研究发现，当q-value(％)<5％并且Fold Change>2或<1/2时，阴虚质与平和质表达差异基因共1142个位点，其中上调基因645个位点，下调基因497个位点。取P<0.05且q<0.05，1142个差异表达基因位点进行GO注释，共涉及116种生物学功能，KEGG pathway分析涉及22条通路，genmapp pathway分析涉及87条通路，bioCarta pathway分析涉及30条通路。内分泌功能及免疫功能研究发现，与平和质比较，阴虚质血清FT2显著上升，血清皮质醇、ACTH、cGMP及FT4显著下降；阴虚质与阳虚质比较，血清皮质醇显著上升，血清皮质酮、cAMP显著下降。结论阴虚质调体当滋阴与清热并用，养阴兼顾理气健脾，并进行相应的养生保健。基因研究表明，阴虚质与平和质基因表达比较，有显著性差异。阴虚体质者的炎症反应较平和体质者增强，其生物合成与代谢功能均增强，而酶活性、基因表达过程以及生长发育有下降趋势。内分泌功能及免疫功能研究表明，阴虚质与下丘脑-垂体-肾上腺轴、下丘脑-垂体-甲状腺轴功能异常，及与环核苷酸系统和免疫功能紊乱具有一定的关联性。收起

关键词 : 阴虚体质中医理论基因表达

10. 自组装单分子层上化学气相沉积铜薄膜研究

[学位论文] 刘鑫浙江大学 2007年博士导师: 王琦共161页

摘要 : 在超大规模集成电路中，为了达到芯片的超高速工作，金属连线的时间延迟必须降低。但当元件的最小线宽降到0.25 μm以下时，金属连线的电致迁移效应、连线的阻值、电容都不容忽略，因此我们需要找到一种性能更好的金属来取代现在集成电路中一直使用的... 展开在超大规模集成电路中，为了达到芯片的超高速工作，金属连线的时间延迟必须降低。但当元件的最小线宽降到0.25 μm以下时，金属连线的电致迁移效应、连线的阻值、电容都不容忽略，因此我们需要找到一种性能更好的金属来取代现在集成电路中一直使用的铝。因为铜比铝低的电阻率以及其抗电迁移的能力比铝高出10～100倍，所以在未来的深亚微米技术中，铜在多层金属内连线中的作用是不可或缺的。比起传统的物理气相沉积(PVD)制备金属薄膜的方法，化学气相沉积(CVD)由于其良好的保形沉积性，好的填充高深宽比沟槽的能力，成为超大规模集成电路铜金属化制程中用来沉积铜薄膜的首选方法。本论文在自行设计、组建的金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统上，以六氟乙酰丙酮合铜(Ⅱ)[Cu～10，能有效的阻挡Cu原子扩散进入硅基材。6、XPS的研究表明，铜与MPTMS-SAMs表面的-SH端基存在强的Cu-S作用，这是导致在MPTMS-SAMs表面更容易化学气相沉积铜薄膜的主要原因。第四章：在3-(氨基)-丙基-三甲氧基硅烷(APTMS)SAMs改性基材上进行了化学气相沉积铜薄膜的研究。得到以下结论：1、低浓度下APTMS在Si基材表面形成了厚度为1.77±0.06 nm的有序排列的自组装单分子层，而在高浓度下，APTMS容易在表面聚集，形成较为无序的多层。2、在APTMS-SAMs表面更容易化学气相沉积铜薄膜，铜核的覆盖率也远远大于相同条件下沉积在Si(100)和SiO<,2>基材表面的铜核的覆盖率。使用APTMS-SAMs改性能够有效的降低沉积温度，可以在较低的温度下得到沉积质量更好的铜薄膜。3、在APTMS-SAMs基材上，350℃时得到铜薄膜的抗电迁移率与400℃时在Si基材上的抗电迁移率相比有很大提高。4、在APTMS-SAMs基材上化学气相沉积的铜薄膜的表面粗糙度随着沉积温度的升高而减小，在330℃后，铜薄膜的表面粗糙度基本保持不变。5、以APTMS-SAMs为扩散阻挡层，在电压为±1 V时，漏电流为10A/cm(hfac)<,2>为前驱物，在化学改性后形成的具有三种不同端基的SAMs上进行化学气相沉积铜薄膜。通过前进、后退接触角、X射线光电子能谱以及扫描电子显微镜、X射线散射能谱分析，结果表明：1、用MPTMS修饰处理后在SiO<,2>表面形成了以-SH为端基的MPTMS-SAMs。2、对HS-SAMs用KHCO<,3>和液溴室温处理后-SH端基改性为-SS-端基，而用30％H<,2>O<,2>和冰乙酸在40-50℃处理后-SH端基改性为-SO<,3>H端基。3、在较低温度，较短时间条件下，CVD铜在三种不同端基的SAMs上沉积具有一定的选择性。相对而言，CVD铜较容易在HO<,3>S-SAMs上沉积，HS-SAMs次之，最难在-SS-SAMs上沉积。4、随着温度的提高，时间的延长CVD铜在三种不同端基SAMs上沉积的选择性逐渐消失。5、利用改变SAMs端基成为不同功能团从而实现选择性化学气相沉积铜思想，最终将化学气相沉积铜薄膜图案化。收起

关键词 : 化学气相沉积铜薄膜扩散阻挡层自组装单分子层选择性化学气相沉积集成电路