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深度学习在蛋白质结构预测中的应用及启示

高分子学报 2022年第6期53卷 581-591页

作者：王天尧李剑锋复旦大学高分子科学系聚合物分子工程国家重点实验室上海200433

蛋白质结构预测通常指借助计算机计算模拟方法从氨基酸序列推断其三维空间结构.而空间结构决定其生理功能,故结构预测问题尤为重要.基于单纯物理学的预测仅能应对较短蛋白质且精度不高.而基于数据驱动和生物信息学的方法近十多年备受重... 详细信息

蛋白质结构预测通常指借助计算机计算模拟方法从氨基酸序列推断其三维空间结构.而空间结构决定其生理功能,故结构预测问题尤为重要.基于单纯物理学的预测仅能应对较短蛋白质且精度不高.而基于数据驱动和生物信息学的方法近十多年备受重视.本文主要回顾近十多年来深度学习在蛋白质预测领域的应用,重点介绍Deepmind团队的AlphaFold方法,此方法预测在单域蛋白质达到了中低分辨率实验精度,一定程度上解决了困扰人们五十多年的蛋白质结构预测难题.

关键词：蛋白质折叠深度学习神经网络结构预测

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纤维储能电池的设计和应用

高分子学报 2023年第6期54卷 892-909页

作者：江海波廖萌常英凡张琨姜怡王兵杰彭慧胜聚合物分子工程国家重点实验室、复旦大学高分子科学系先进材料实验室上海200438

以纤维锂离子电池为代表的纤维储能电池凭借其独特的一维结构,在物联网、可穿戴技术等新兴领域发挥着重要作用.然而,这类纤维储能电池在面向实际应用的过程中存在高效制备和性能匹配等难题尚未解决,最终无法实现由科学理论向实际应用的... 详细信息

以纤维锂离子电池为代表的纤维储能电池凭借其独特的一维结构,在物联网、可穿戴技术等新兴领域发挥着重要作用.然而,这类纤维储能电池在面向实际应用的过程中存在高效制备和性能匹配等难题尚未解决,最终无法实现由科学理论向实际应用的过渡.本文结合本课题组近期工作,总结了柔性纤维储能电池方面的研究进展.结合纤维锂离子电池的电化学性能、力学性能以及使用耐受性,首先讨论并归纳了纤维锂离子电池的连续化制备方法;进一步,总结了基于连续化制备的纤维锂离子电池所构建的储能织物以及与可穿戴设备集成等方面的应用,重点聚焦于其在大数据云健康、未来通讯、生物医学等领域的应用场景;最后,总结了柔性纤维储能电池的发展现状并展望了该研究领域的未来发展方向.

关键词：纤维电池连续化制备储能织物集成

聚合诱导自组装(PISA)技术的应用研究进展

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高分子学报 2022年第1期53卷 15-29页

作者：史柏扬王国伟复旦大学高分子科学系聚合物分子工程国家重点实验室上海200433

聚合诱导自组装(PISA)技术是制备嵌段共聚物纳米自组装体的一种新技术.相较于传统的嵌段共聚物自组装技术,该技术具有边聚合、边组装的操作简便性特点,同时还具有纳米自组装体形态可控、固含量高(高达50%)等优点,使得聚合物纳米自组装... 详细信息

聚合诱导自组装(PISA)技术是制备嵌段共聚物纳米自组装体的一种新技术.相较于传统的嵌段共聚物自组装技术,该技术具有边聚合、边组装的操作简便性特点,同时还具有纳米自组装体形态可控、固含量高(高达50%)等优点,使得聚合物纳米自组装体的规模化生产和应用成为可能.经过十多年的发展,基于各种“活性”/可控聚合机理和各种配方组合的PISA体系已经被成功实现,PISA技术在各个领域的应用研究也得到了全面的推进.目前关于PISA中的组装体形态研究已经有不少综述,而针对PISA技术应用方面的综述却鲜有报道.因此,本文在简要介绍PISA技术的基本原理和发展现状的基础上,重点总结了PISA技术在纳米复合材料、生物医用材料、电池、功能涂料、Pickering乳化剂、纳米结构膜、水凝胶、发光材料等相关领域的研究动态和应用进展.希望本综述能为PISA领域的研究者提供借鉴,并进一步促进聚合物自组装相关领域的研究进展.

关键词：聚合诱导自组装(PISA) 嵌段共聚物纳米自组装体

载药蛋白质/聚苯硼酸复合纳米微球制备及其释药性能研究

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化学学报 2023年第2期81卷 116-123页

作者：殷雪旸顾恺邵正中聚合物分子工程国家重点实验室复旦大学高分子科学系先进材料实验室上海200433

蛋白质纳米颗粒具有良好的生物相容性和生物降解性,易于进行额外的表面修饰,用作药物输送系统提高了生物利用度,减少了药物分子的毒副作用.本工作在利用苯硼酸基团与再生桑蚕丝蛋白(RSF)上相关侧基之间具有路易斯酸-碱配对反应的基础上... 详细信息

蛋白质纳米颗粒具有良好的生物相容性和生物降解性,易于进行额外的表面修饰,用作药物输送系统提高了生物利用度,减少了药物分子的毒副作用.本工作在利用苯硼酸基团与再生桑蚕丝蛋白(RSF)上相关侧基之间具有路易斯酸-碱配对反应的基础上,通过3-丙烯酰胺苯硼酸(APBA)在RSF水溶液中原位聚合,使RSF分子链重排形成微球并在表面负载抗炎中药,制备了载药丝蛋白/聚苯硼酸纳米微球.此尺寸分布均匀的微球直径约为550~600nm,表面光滑且在水中的分散性能良好;对乔松素、杜鹃素和地奥司明三种药物的负载率分别为7.8%,11.9%和13.4%,包封率分别为75.0%,89.1%和93.7%.载药微球控制释放约7d,且缓释行为具有pH响应性.丝蛋白/聚苯硼酸纳米微球与主体药物协同作用提高了自由基清除速度和清除效率,优于直接给药组.与此同时,将RSF改换为牛血清白蛋白或明胶蛋白,采用此方法也能制成尺寸分别为260和100nm的白蛋白/聚苯硼酸微球或明胶蛋白/聚苯硼酸微球.由此,三种不同尺寸、电性和药物释放速率的蛋白质/聚苯硼酸纳米微球有望适应多种静脉注射和皮下或腹腔注射药物传输的需求.

关键词：蛋白质苯硼酸抗炎药纳米载体控制释放

基于环烷烃/乙醇混合碳源高性能碳纳米管纤维的连续化制备

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化学学报 2023年第6期81卷 565-571页

作者：赵天成蒋鸿宇张琨徐一帆康欣悦胥鉴宸周旭峰陈培宁彭慧胜聚合物分子工程国家重点实验室、复旦大学高分子科学系先进材料实验室上海200438

利用化学气相沉积和干法纺丝方法可以制备得到碳纳米管纤维,但受限于反应碳源较为单一,目前纤维的力学和电学性能还难以有效满足实际应用需求,如何实现高性能碳纳米管纤维的连续制备,仍是本领域一个重要挑战.本研究通过设计十氢萘/乙醇... 详细信息

利用化学气相沉积和干法纺丝方法可以制备得到碳纳米管纤维,但受限于反应碳源较为单一,目前纤维的力学和电学性能还难以有效满足实际应用需求,如何实现高性能碳纳米管纤维的连续制备,仍是本领域一个重要挑战.本研究通过设计十氢萘/乙醇新型二元混合碳源,重点调控环烷烃/乙醇的组分比例,实现了高性能碳纳米管纤维的连续化制备,收集速率达到220 m/h.相比于已报道的由单一乙醇碳源制备的碳纳米管纤维,由混合碳源制备的碳纳米管纤维拉伸断裂强度(750 MPa)提升了1倍以上,力学性能在弯折百万次后仍保持稳定;电导率(4.8×10^(3) S/cm)提升4倍以上,可有效满足纤维储能器件应用需求,所构建的纤维状锂–二氧化碳电池显示良好电化学性能.

关键词：碳纳米管纤维化学气相沉积浮动催化剂连续制备混合碳源

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柔性纤维生物电子复合材料与器件

高分子学报 2022年第7期53卷 707-721页

作者：郭悦王佳佳王立媛孙雪梅彭慧胜聚合物分子工程国家重点实验室复旦大学高分子科学系先进材料实验室上海200438

可穿戴和可植入的纤维生物电子器件可以实现对人体生理体征的实时监测和精准调控,在健康监测和疾病诊疗等领域发挥了革新作用.然而,传统的纤维生物电子器件柔性不足而与生物软组织的力学性能不匹配,难以形成稳定的器件/组织界面,最终无... 详细信息

可穿戴和可植入的纤维生物电子器件可以实现对人体生理体征的实时监测和精准调控,在健康监测和疾病诊疗等领域发挥了革新作用.然而,传统的纤维生物电子器件柔性不足而与生物软组织的力学性能不匹配,难以形成稳定的器件/组织界面,最终无法实现长期稳定工作.本文重点介绍了近年来课题组针对上述问题在柔性纤维生物电子复合材料与器件方面的研究进展.首先制备了具有杂化结构和芯鞘结构的柔性高分子复合纤维电极,并面向柔性生物电子器件要求,对纤维材料的电学和力学性能及生物安全性进行表征.进一步,基于所制备的复合纤维电极,发展出一系列可穿戴和可植入的纤维生物电子器件,具有传感、能源、调控等功能,并通过建立稳定的器件/组织界面,实现了在体长期工作,在生物医学研究和智慧医疗等领域展现出良好的应用前景.最后,展望了柔性纤维生物电子领域的未来发展方向.

关键词：高分子复合纤维碳纳米管柔性纤维生物电子器件

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软物质中场论模拟方法的应用及展望

高分子学报 2024年

作者：熊俊棚李昶皓李剑锋复旦大学高分子科学系聚合物分子工程国家重点实验室

软物质科学是物理、化学和材料科学领域的重要分支.但软物质系统因其多尺度结构和丰富的动态行为，给研究带来了巨大挑战.而场论模拟方法在应对这些挑战中显示出独特优势，其通过引入连续的场变量，为描述和处理软物质系统中的复杂相互... 详细信息

软物质科学是物理、化学和材料科学领域的重要分支.但软物质系统因其多尺度结构和丰富的动态行为，给研究带来了巨大挑战.而场论模拟方法在应对这些挑战中显示出独特优势，其通过引入连续的场变量，为描述和处理软物质系统中的复杂相互作用提供了一个更加高效和宏观的视角.本文首先介绍了场论模拟方法的基本原理并阐述了它们在软物质物理上的应用，如蛋白质的HP模型结构预测、高分子链的静态拓扑缠结、化学反应或光反应驱动微观相分离等，接着探讨了深度学习等现代计算技术在软物质研究中的应用.最后展望了软物质研究领域的未来发展趋势，指出场论方法在软物质物理研究领域仍具有巨大优势.

关键词：软物质场论模拟自洽场理论深度学习

可逆失活自由基聚合制备含氟聚合物的研究进展

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高分子学报 2024年

作者：韩善涛许梦丽陈茂复旦大学高分子科学系聚合物分子工程国家重点实验室

含氟聚合物具有许多优异的理化性能，在化工、新能源、生物医药等领域取得重要应用.可逆失活自由基聚合反应(RDRP)是实现聚合物精准合成的重要手段.然而，含氟烯烃单体的RDRP报道相对较少.本综述对侧链含氟聚合物和主链含氟聚合物的可... 详细信息

含氟聚合物具有许多优异的理化性能，在化工、新能源、生物医药等领域取得重要应用.可逆失活自由基聚合反应(RDRP)是实现聚合物精准合成的重要手段.然而，含氟烯烃单体的RDRP报道相对较少.本综述对侧链含氟聚合物和主链含氟聚合物的可控合成进展进行介绍，简述了含氟丙烯酸酯、含氟苯乙烯、三氟氯乙烯、四氟乙烯、偏氟乙烯、六氟丙烯、全氟烯基醚等单体的RDRP案例，总结了该领域面临的挑战.鉴于众多前沿领域对定制化合成含氟聚合物提出了迫切需求，发展含氟聚合物的可控合成方法将有助于拓宽含氟聚合物范围，推动开发高性能含氟聚合物材料.

关键词：含氟聚合物含氟烯烃可控失活自由基聚合活性聚合

双螺旋液晶聚(2,2'-二磺酰基-4,4'-联苯胺对苯二甲酰胺)复合材料及其在锂电池中的应用

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高分子学报 2024年

作者：纪非凡汪莹聚合物分子工程国家重点实验室复旦大学高分子科学系

聚(2,2’-二磺酰基-4,4’-联苯胺对苯二甲酰胺)(PBDT)是一种主链型液晶聚电解质，其具有全芳香分子结构单元、超高的磺酸根密度以及可以形成分子内和分子间氢键网络的酰胺基团.本文介绍了PBDT在水溶液中表现出的一系列特殊性质，包括自... 详细信息

聚(2,2’-二磺酰基-4,4’-联苯胺对苯二甲酰胺)(PBDT)是一种主链型液晶聚电解质，其具有全芳香分子结构单元、超高的磺酸根密度以及可以形成分子内和分子间氢键网络的酰胺基团.本文介绍了PBDT在水溶液中表现出的一系列特殊性质，包括自组装成双螺旋构象、溶致向列液晶相、微米级超长持续长度以及沿聚合物链的各向异性离子传输.指出通过PBDT分子链的多尺度分子构象以及其选择性的离子传输特性，可以设计出具有各种功能的复合材料，例如PBDT基水凝胶、离子凝胶以及纳米复合材料.分析表明PBDT中高度取向的刚性棒状结构以及各向异性的反离子快速传输机制，不仅实现了PBDT在固态电解质和锂电池电极黏结剂等领域的潜在应用，同时也预示着与PBDT有类似性质的刚性棒状聚电解质材料的开发在能源储存与转化领域以及其他相关应用方向的潜在应用价值.

关键词：刚性棒状聚电解质双螺旋构象液晶相各向异性离子传输锂电池