随着科技水平的发展和学科间的相互渗透,高分子学科和物理、化学、生物、医药、材料、化工等学科联系密切,因此长久以来高分子体系都是研究人员关注的焦点。在高分子相关的二元体系甚至多元体系中,存在异种粒子失配的熵作用,分子间作用力的焓作用,带电体间静电库伦作用和其它相互作用等多种相互作用,这些相互作用的竞争给高分子体系带来丰富的物理图像。了解高分子环境中左右纳米粒子排空作用的影响因素,对纳米粒子的高效有序自组装甚至是有序的层级结构有重要意义,为自修复型材料、环境响应材料等新型材料的开发提供参考。DNA阳离子复合物体系在基因疗法中起着不可替代的重要作用,明确离子相互作用对复合体系构象变化的影响机制在基因修复、基因沉默、药物输运等生命医药领域具有极大的潜在价值和深远意义。近年来蓬勃发展的计算机技术为分子层面探究高分子体系及其内部的微观相互作用提供了极大助力。基于第二章中介绍的分子动力学方法与普适粗粒化模型,运用计算机模拟深入研究了纳米粒子/高分子复合体系和DNA/物复合体系,得到了体系的多种相行为。剖析两种复合体系内的多种相互作用对构象变化的贡献和影响,建立性质和构象之间的联系。在第三章中,运用分子动力学模拟方法探究了浸没于半刚性高分子链熔体中纳米粒子的有效排空层,并计算了同样环境下一对纳米粒子见的熵排空相互作用。排空区域的平均体积主要依赖于高分子的链刚性,会随着链刚性的增加而增加。在半刚性高分子链熔体中,纳米粒子间的熵排空相互作用是各向异性的吸引势转变为具有更强的各向同性吸引势。此外,纳米粒子和高分子之间的焓吸引作用也会剧烈地影响熵排空作用,其与粒子间熵吸引作用之间的竞争有机会使各向同性的排空作用回到各向异性。对于棒状高分子链熔体中的纳米粒子而言,当纳米粒子与高分链之间有强焓吸引作用时,可以观察到纳米粒子存在直接接触和桥联集聚两种集聚方式共存的现象。这一研究结果旨在提供一个可以预测浸没于半刚性高分子链熔体中纳米粒子排列行为的有效框架。在第四章中,依托分子动力学方法研究了粗粒化模型下双链DNA与带正电树枝状分子复合物的相变行为。考虑了离子相互作用中的离子价态和浓度的影响。当诸如负六价的高价态阴离子加入DNA溶液后,观察到DNA与树枝状分子的吸附/解吸转变。对DNA/树枝状分子复合体系而言,当溶液中阴离子价态较低时,树枝状分子紧紧地贴附在V字形的双链DNA,但溶液中阴离子替换为高价态的五六价阴离子时,双链DNA脱离树枝状分子并自恢复到长直的伸展状态。事实上,高价态阴离子的加入改变了 DNA/树枝状分子周围的电荷空间分布,削弱了双链DNA与树枝状分子的静电相互作用。树枝状分子表层的电荷反转引发了DNA与树枝状分子的吸附/解吸转变。这一研究结果有助于找到如何有效控制基因输运过程中DNA释放的方法。在第五章中,把分子动力学模拟方法和原子力显微镜观测手段相结合,从模拟和实验两个层面研究了 DNA/阳离子短链混合体系中多价盐阳离子引发的DNA链解凝过程,并主要关注了盐阳离子价态和浓度对复合体系的影响。不同浓度盐阳离子溶液中DNA链的典型构象,表明盐阳离子的浓度和价态对DNA的解凝过程具有深刻的影响。在盐阳离子缺省或盐阳离子浓度较低时,DNA链处于凝聚状态,随着盐阳离子浓度的升高,紧实的DNA链凝聚体会变得松散。高浓度的盐阳离子溶液中,富余的盐阳离子会过度补偿DNA链周围的净电荷环境,削弱了 DNA链和阳离子短链的静电吸引作用。在混有λ噬菌体DNA和亚精胺的不同浓度NaCl/MgCl2溶液中也观察到了噬菌体DNA的凝聚/解凝转变。在第六章中,在分子动力学方法和粗粒化模型的基础上,开展了对吸附于弹性球壳表面二元纳米粒子的自组装行为及构象转变的研究。二元纳米粒子的整体构象取决于弹性球壳的弯曲程度Kb和纳米粒子和球壳之间的吸附强度D0,当弯曲度和吸附强度适中时,观察到二元粒子在球壳表面自组装形成了十二面体框架。其中小粒子落于正五边形的顶点位置而大粒子则沿着五边形边长分布。弹性软球壳的形状可以改变吸附粒子的数目来调控,这一现象的发现提供了一个在微观尺度下让弹性表面或薄膜自恢复的有效新策略。