高分子聚合物作为一种广泛存在的材料,在人们的日常生活和工业生产中都占据着重要的地位。而由高分子链的一端嫁接在基底上而制备成的高分子刷,由于其独特的物理、化学性质,近几十年以来在高分子物理、表面材料科学,纳米技术以及生物仿生等领域一直是重要的研究对象。自高分子刷系统成为热门的研究对象以来,关于平面线性高分子刷的理论模型和相关应用都得到了充分的研究和发展,一些简单但不失准确的理论模型被用于预测其标度行为等特征。但是当分子刷结构变得复杂,比如拥有多分枝结构的树状高分子或基底不再是平面时,相关的简化模型将不再适用,因此,我们需要进一步发展出更加精细化的模型来准确地描述这类复杂的结构。在本文中,我们从高分子物理标度理论的几个基本概念出发,一方面给出了研究平面树状高分子刷的有效方法,帮助我们从基础物理假设的层面理解各个理论模型的差别及其适用范围和有效性条件。对于树状高分子刷构型的预测,各个模型之间存在着显著的差异,而这种偏差正是由它们对分子链弹性性质的近似描述方程不同而导致的。另一方面,具体到一些特殊但重要的高分子刷体系,即纳米通道中的线性高分子刷,通过对其形态结构和功能的研究,我们给出了一种可能的机制用于解释此类纳米通道在传输物质时是如何实现其选择性功能的,即小尺寸的纳米粒子可以通过扩散自由通过该纳米孔,而大尺寸纳米粒子只有在纳米通道因分子刷的坍缩相变而打开的情况下才有可能顺利通过。而分子刷坍缩相变的一种有效触发机制就是文中所采用的,随着共-非溶剂浓度的变化,溶液性质由良性溶剂到非良性溶剂等效转变的效应。这些研究成果将有助于我们理解生物体中的某些重要系统,如核孔复合物,是如何实现粒子选择性传输功能的。此外,文中理论方法的准确性都是通过分子动力学模拟结果来验证的,这一采用了粗粒化模型的模拟方法,直接给出了中性分子刷标度行为所满足的基本物理规律,而与分子链单体的具体性质和形状无关,由此得出的理论预测在指导实验方向的同时又可以被实验结果所验证和补充。