[1] 生物分子响应性聚合物及其生物应用

生命体系强烈地依赖生物分子间，例如DNA-蛋白，抗原-抗体，蛋白-糖链，蛋白–小分子，相互作用，行使各种生物学功能，调控了细胞行为。精确的分子识别和特异性的相互作用，是生物分子行使功能的基础和前提。通过学习和模仿生物分子间特异性相互作用，结合智能聚合物构象转变，开发出的生物分子响应性聚合物很好地切合了“精准医学”的需求，能够大幅材料对目标生物分子精准捕获的效率，将在生物分离、生物分析、药物控制释放、生物芯片、蛋白构象调控、组织工程等领域，获得广泛的应用。这一方向融合了智能聚合物、主客体化学、微纳米器件构筑、精准测量和生物医学，是目前新兴涌现的一个学科方向，具有鲜明的开创性和广阔的应用前景。

[2] 面向翻译后修饰蛋白质组学的智能富集材料

翻译后修饰蛋白质组学是生物学、医学研究的前沿和热点。高性能富集材料的开发有力地推动了蛋白磷酸化和糖基化研究，发现了一系列与细胞凋亡、肿瘤发生、免疫应答和神经退行性疾病等有关的细胞信号通路，为疾病早期诊断、有效治疗和靶向药物开发提供了强有力的支持。然而蛋白翻译后修饰有三百多种，其中甲基化、乙酰化、泛素化等修饰蛋白的捕获强烈依赖抗体蛋白，抗体易失活、富集效率低，高昂的成本，人工富集材料的缺失严重制约了相关研究。开发高性能的精确捕获材料，特别是基于生物分子响应性聚合物的富集材料，将具有很好的应用前景，同时能为深入的生物医学研究，提供强有力的材料学工具。

[3] 糖链精准捕获和分析

糖链作为生物信息分子参与了细胞生物几乎所有的生命过程，在细胞分化、发育、免疫、老化、癌变、信息传递等生命和疾病过程中,发挥着特异性识别、介导和调控的作用。蛋白糖基化修饰是动物细胞中最常见、最重要的翻译后修饰方式之一，在已知的哺乳动物蛋白中，大约50%的蛋白发生了不同程度的糖基化。从医学角度，蛋白糖基化程度的变化以及糖链结构的改变与疾病的状态密切相关，是许多疾病，特别是多种癌症诊断的标志物或治疗的靶标。因此，研究糖基化有助于从基因组—蛋白组—糖组的综合水平观察生命现象。 在这些复杂的生命过程中，蛋白对糖链的精确识别和结合，是其执行生物学功能的前提和关键。与生命体相比，人工材料对糖链识别的准确度和效率还很低，糖链的选择性捕获和精细解析是一个巨大的挑战。构筑先进的材料学工具和器件，实现对糖链结构的精确解析，是研究组最重要的研究方向。

[4] 生物分离中的界面分子相互作用

生物分离是生物学、医学研究的前提和基础。高纯度样品的获取和定量分析直接关系着生物学研究的成败。同时在现代生物技术产品的生产中，分离成本占总成本的70–90%。这些都指向了以色谱为核心的分离技术，生命科学从没有像现在这样，迫切需要先进的分离方法与技术。然而生物样品种类繁多、结构各异、高度复杂。以蛋白质组学分析为例，一个关键技术挑战就是如何大幅降低样品的复杂性，尤其是从不同组织、细胞中动态地识别和捕获出极其微量的目标蛋白表达水平及其病理变化，这对生物分离提出了非常高的要求。“精准医学计划”也迫切需要开发对靶标生物分子具有精确识别能力的富集材料与技术。 智能聚合物，特别是生物分子响应性聚合物的出现，为解决生物分离中的问题和挑战，提供了很好的机遇。同时，生物分离的过程中，蕴含着非常丰富的科学问题，科学地认识界面上的生物分子相互作用，通过材料设计对生物分离的过程，进行精确动态的调控，是研究的关键，未来研究充满着机遇与挑战。

[5] 探索奇特的分子手性效应，手性识别与放大

手性是生命体最基本的特征之一，从单分子点手性，聚合物、蛋白、DNA螺旋手性，宏观层面的各种手性取向，直至宇宙星河中的螺旋状星云，手性分子和手性效应普遍存在。探索手性的起源，发生和发展，是科学杂志列举的21世纪25个最重要的科学问题之一。同时，利用手性分子间立体选择性的相互作用，可以构筑各种生物分子精确识别材料，进而通过聚合物链的运动，将微弱的手性相互作用的信号，转换为材料宏观性质的变化，实现对手性分子的识别和感知。发现奇特的手性效应，对手性分子相互作用进行精细的观察，构筑各种手性分子响应性器件，将会非常有趣。