本人研究工作重点集中在 "限域空间中复杂生物化工体系热力学基础理论与实际应用研究"。学术目标和定位在"发展多尺度理论计算工具，揭示生物化工过程的微观机制与宏观行为的内在联系，指导生物技术创新与过程强化"。在研究过程中将多尺度分子模拟技术、多维结构表征以及生物和纳米技术相结合，聚焦"限域空间中生物分子/分子群/表界面相互作用对纳微结构形成与调控机制的影响"这个共性科学问题，面向1）纳米流动与功能纳米通道分子设计；2）生物催化剂分子设计与可控制备；3）大分子药物稳定化与递送以及4）污染土壤生物修复等领域开展基础理论与技术研发工作。

1. 纳米流动与功能纳米通道分子设计

纳米通道性质及其对水/离子/生物分子溶液平衡热力学和传递性质的影响是理解限域空间中物质递送过程所必须解决的基础理论问题。本人希望发展和利用多尺度分子模拟、DFT理论和热力学分析，建立纳米通道中水/离子/生物分子的模型，揭示纳米限域空间中特殊热力学和传递特性的微观机制，最终指导具有特定功能（水盐分离、离子通道、生物传感等）人工纳米功能通道的分子设计。



1. 采用 DFT 理论和"定势"分子动力学模拟研究纳米流动中壁面电荷"动态"分布对流动行为影响;
2. 构建以AqpZ 蛋白为核心的人工纳米水通道膜；
3. "仿生蜂巢"纳米水盐分离模型与分离器件的分子设计；


2. 纳米酶制剂的分子设计、稳定化机理和制备新技术

稳定和高效的酶催化剂制备技术对于推进工业生物催化的发展和应用具有基础性支撑作用，其核心科学问题是使酶分子在工业环境中保持其活性构象和分子柔性。目前的研究基于经验的实验探索，缺乏从分子水平上揭示此类纳米结构酶催化剂的形成规律及其对酶催化行为影响机制的深入研究，反过来也就制约了纳米生物催化剂的设计和应用。本人希望将多尺度分子模拟、纳米材料结构表征和酶催化实验相结合，完善纳米酶催化剂分子设计与可控制备的理论基础，最终指导新型酶催化剂与催化工艺的设计与应用。



1. 纳米凝胶和PEG 等化学物质对酶分子结构和催化过程的强化作用机制;
2. 基于纳米材料-酶分子相互作用及其对酶结构和功能影响的微观机理，提出新型纳米结构催化剂制备的新方法;
3. 将纳米催化剂与催化工艺相结合，发展工业酶催化制备医药化学品和生物材料的绿色新工艺；


3. 生物大分子药物稳定化与递送体系的分子设计

发展高效生物大分子药物稳定化与递送技术对于生物制药的规模化生产具有重要意义。本人以生物大分子结构转换为研究核心，以环境（递送分子）和生物大分子相互作用为切入点，探讨不同条件下生物大分子结构与功能及递送行为关系，指导生物大分子药物稳定化与递送体系的分子设计。



1. "仿生折叠"重组蛋白体外复性基础理论与新技术，提出了通过动态改变蛋白质所处的溶液环境（组成、温度、压力以及化学环境等）来平滑折叠能量阱，提高蛋白质折叠速率和收率；
2. 构建糖和PEG 链影响蛋白质结构与功能的机理模型，揭示蛋白质体内外稳定化的微观机制，为大分子药物的生物保存提供理论基础；


4. 污染土壤生物修复的理论基础与工程实践

环境污染日益成为亟待解决的关键和热点问题，其中土壤污染因其危害大和隐蔽性强成为环境污染治理的难点和重点。我们以化学工程和工业生物技术的视角重新审视土壤中污染物的迁移与积累特性，将土壤视为"会呼吸"的具有"纳微结构"的"多相反应与分离"体系，借助土壤中土著功能微生物和工程强化措施，以实现土壤污染物的降解（有机类）和钝化（无机类），并实际应用于污染农田的场地治理。



1. 开发适宜于土壤污染物降解和钝化微生物的筛选与强化平台技术；
2. 发展石油和农残污染土壤生物降解技术；
3. 发展重金属污染土壤生物钝化技术；
4. 发展土壤微生态监测与土壤生物学评价技术；