随着生物大分子输运、分离和测序技术的快速进展，以及不同拓扑结构高分子分离与纯化的需要，流场驱动的高分子过孔输运行为逐渐引起了高分子物理以及生物物理学界的广泛关注。该过程不仅与高分子物理中排出体积色谱分离高分子一脉相连，还与许多物理化学过程息息相关，如生物分子RNA通过细胞核孔，病毒注入宿主细胞，蛋白质在细胞膜内外的迁移等。因此，深入理解流场驱动的高分子过孔动力学行为既有重大的学术价值，也有迫切的现实意义。　　关于对流场驱动的高分子过孔行为的研究在理论、实验和数值模拟方面虽然取得了重要的进展，然而，对于该体系，在这三个方面仍然还面临着一些问题:1）虽然利用blob模型已成功预测了线形、星形以及超支化高分子的临界流量，然而目前仍然无法克服用系统理论分析不同拓扑结构的困难，如环形高分子的临界流量。此外，自由选择模型目前只适用于流场驱动的线形高分子寻孔，理论上还缺少对其他拓扑结构高分子寻孔过程以及相关动力学行为的描述;2）实验上已发现了线形、星形以及超支化高分子的临界流量，且与blob模型的结论基本一致，但仍然缺乏对流场驱动的高分子寻孔以及过孔的微观物理图像的认识和理解，且目前对实验体系的有效控制依然存在困难，如合成单一拓扑结构的高分子;3）尽管已有大量的数值模拟工作研究了高分子的过孔动力学行为，但几乎所有的工作都将流场简化为孔内单一的常力场且忽略了重要的寻孔过程，这不仅带来了与真实体系的巨大差异，而且导致无法计算相应的临界流量。　　本论文分别利用布朗动力学和分子动力学与格子玻尔兹曼耦合的杂化数值模拟方法，系统研究了流场驱动的不同拓扑结构（线形、环形和星形）高分子的寻孔及过孔动力学行为，为深入理解相应的微观物理图像和发掘潜在的应用价值提供了有益的理论指导，具体获得了如下创新性成果:　　1流场驱动的线形高分子寻孔及过孔行为:本部分工作提出了一个简单的粗粒化的模型计算流场驱动的线形高分子寻孔及过孔过程，着重探究了流量、孔径尺寸和链长对线形高分子寻孔几率的影响，并和自由选择模型进行了系统的比较。模拟结果发现只有当流量足够大（线形高分子的过孔几率接近100％）时，流场驱动的线形高分子寻孔过程符合自由选择模型，否则这一过程逐渐变为由能量主导的统计过程。此外，本工作还系统研究了线形高分子的临界流量、输运时间和过孔构型变化，并和blob模型进行了比较。这些结果为明晰流场驱动的线形高分子的寻孔及过孔过程提供了清晰的物理图像，同时为应用流场驱动的线形高分子过孔作为单分子测量工具提供了有益的理论指导。　　2流场驱动的环形高分子过孔行为:本部分工作利用分子动力学与格子玻尔兹曼耦合的杂化数值模拟方法系统研究了流场驱动的环形高分子过孔动力学行为，并和线形高分子的结果进行了深入的比较。模拟结果发现环形和线形高分子的临界流量存在明显的不同:对于线形高分子，其临界流量与链长无关;对于环形高分子，其临界流量随链长的增加而缓慢减小并逐渐趋于线形高分子的临界流量。相对于线形高分子有非折叠和折叠两种过孔情形，环形高分子只有“对称折叠”一种过孔情形，而随着链长的增加，线形高分子非折叠过孔的几率逐渐减小，从而导致环形和线形高分子有趋于相似的过孔构型变化，其临界流量的差异也越来越小。这表明随着链长的增加，流场驱动的环形和线形高分子混合物的分离会变得越来越困难。本研究内容补充了对流场驱动的环形高分子过孔动力学行为的认识和理解，并提供了相应的微观物理图像，为进一步应用流场驱动的不同拓扑结构高分子的分离和纯化提供了有益的理论指导。　　3流场驱动的星形高分子寻孔及过孔行为:本部分工作利用分子动力学与格子玻尔兹曼耦合的杂化数值模拟方法系统研究了流场驱动的星形高分子寻孔以及过孔行为，详细讨论了星形高分子的最可几先进孔臂数和其临界流量。模拟结果发现先进孔臂数在一个臂和总臂数一半之间，同时证实了最可几先进孔臂数的存在，并发现其与臂长、臂数和流量大小无关。此外，还证实了星形高分子的临界流量与臂长无关，而最可几先进孔臂数是确定星形高分子临界流量的重要参量，利用自由选择模型的观点，并结合blob模型，可以推断星形高分子的临界流量与臂数成线性关系，这一推论得到了模拟结果的证实。因而，流场驱动的星形高分子过孔是分离不同臂数星形高分子的有效方法，但其却无法对臂长给出有用的信息。本研究内容有助于认识并理解流场驱动的星形高分子过孔的微观动力学图像，并为流场驱动分离和纯化不同臂数的星形高分子提供有益的理论指导。