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研究领域及研究方向

  • 研究领域(应用数学、统计学)
  • 生物数学、生物信息学、大数据、人工智能

  • 研究方向

1. 传染病动力学的数学建模与研究

i)我国乙肝、肺结核、新冠肺炎等重大传染病的时-空传播动力学模型研究;

ii)我国乙肝肺结核、新冠肺炎等重大传染病的病毒动力学模型研究;

iii我国乙肝肺结核、新冠肺炎等重大传染病病毒的时-空分子演化动力学模型研究

iv我国典型传染病病毒演化多样性的系统动力学模型研究

  • 研究方法与目标:

            乙型病毒性肝炎、肺结核、新冠肺炎等传统和新发重大传染病严重危害了我国人民的生命安全和身体健康,严重影响了经济发展和社会稳定,给国家造成了巨大的疾病负担和经济损失。乙肝、肺结核、新冠肺炎等重大传染病的防治仍然是一个严重的公共卫生问题,也是一个需要优先解决的重大健康问题。世界卫生组织(WHO)数次向全球发出警告:我们正处在一场传染性疾病全球危机的边缘,没有哪一个国家可以逃避这场危机,也没有哪一个国家可以对此高枕无忧 

  1. 我们将系统研究我国乙肝、肺结核、新冠肺炎等重大传染病精准预防、精准控制、精准诊断和精准治疗的数学与统计学模型和人工智能算法,精准预测我国新发和传统重大传染病的传播风险和时-空流行趋势。特别地,我们将应用系统流行病学和“演化生物学”的研究思想,采用数据和模型驱动的研究方法,结合我国乙肝、肺结核、新冠肺炎等重大传染病的流行病学调查数据、暴露组数据、实际临床观测数据和高通量多组学数据等信息,根据我国乙肝、肺结核、新冠肺炎等重大传染病的感染机理和传播特点,考虑病毒演化、生态和环境等因素的影响,从分子、细胞、组织、器官、个体和群体等不同水平、不同层次建立数学和统计学模型,定量研究我国HBV、TB、COV等病毒的发生发展机理,定量阐明我国HBV、TB、COV等病毒的时-空分子演化模式、感染致病的动力学机制、耐药机制、免疫逃逸机制及宏观流行趋势,构建乙肝、肺结核、新冠肺炎等重大传染病智能预测预警系统,对未来风险状况进行计算模拟和预测预警,揭示免疫预防接种和抗病毒治疗等防治措施对我国乙肝、肺结核、新冠肺炎等重大传染病流行趋势的影响,提出最优的预防控制策略和诊断、治疗方案,从而降低乙肝、肺结核、新冠肺炎等重大传染病的发病率和病死率。

    我们期望建立一套系统研究HBV、TB、COV等病毒发生发展机理的数学模型、计算方法和研究体系,为我国传染病防治能力的提升提供原创性基础,为我国制定乙肝、肺结核、新冠肺炎等重大传染病的长远防治规划提供定量参考和对策建议,早日实现WHO“2030年消除病毒性肝炎作为公共威胁”的防控目标。 

  1.  

    2. 智能诊疗的数学基础与高效算法研究

    i肿瘤影像、病理与多组学融合的智能诊断模型与高效算法研究;

  2. ii)肿瘤早期诊断的数学模型与高效算法研究;

    iii基于多组学数据推断肿瘤致病基因与分子标志物;

    iv大数据的统计学基础与分析方法研究

    研究方法与目标:

            我们将应用系统生物学和“演化生物学”的研究思想,采用数据和模型驱动的研究方法,结合我国肝癌、胃癌和肺癌等重大慢性病的影像组学数据、病理数据、调查数据、暴露组数据、实际临床观测数据和高通量多组学数据(基因组、转录组、蛋白组、代谢组)等信息,从分子、细胞、组织、器官、个体和群体等不同水平、不同层次建立数学和统计学模型,系统研究肝癌、胃癌和肺癌等重大慢性病精准预防、精准控制、精准诊断和精准治疗的数学模型和人工智能算法,定量阐明肝癌、胃癌和肺癌等重大慢性病的发生发展机理、耐药机制及免疫逃逸机制,系统揭示肝癌、胃癌和肺癌等重大慢性病的多组学生物标志物、分型、分期和个体化诊疗方案,建立重大慢性病人工智能诊疗平台,为癌症的早期诊断和精准治疗提供定量参考和决策依据,降低癌症发病率和死亡率,提高癌症患者生存质量,延长癌症患者生存时间,减轻患者医疗负担,缓解医院就诊压力,解决“看病难、看病贵”问题,实现“健康中国2030规划”。

     

    3. 生物多样性的演化动力学理论及应用研究 

  1. i病毒/肿瘤基因型与表型特征的关联关系研究(医学影像遗传学)

    ii肿瘤细胞多样性的演化动力学模型研究

  2. iii)生物对策的演化动力学理论及其在生态系统和传染病中的应用

  3. iv基因调控表达网络的拓扑统计特征与演化模型研究  

    研究方法与目标:

             研究“What determines species diversity”目前仍然是演化生物学研究中的核心问题,也是《Science》在庆祝创刊125周年之际公布的前15个最具挑战性和最重要的科学问题之一。我们将应用“演化生物学”和“系统生物学”的研究思想,利用演化对策理论、适应动力学理论、种群-遗传模型、加性定量遗传模型、复制动力学理论、动力系统理论和计算机模拟等方法,研究同域物种/病毒/肿瘤细胞多样性形成、维持与丧失的演化动力学机制,揭示物种/病毒/肿瘤细胞表型特征的演化多样性对其宏观数量发展变化趋势的影响。通过构建系统演化树和贝叶斯演化分析等方法,阐明物种/病毒/肿瘤的时-空演化动力学模式和生物学特征。另外,我们期望通过基因网络拓扑特征演化规律的研究和物种/病毒/肿瘤细胞表型特征演化多样性的研究,定量阐明物种/病毒/肿瘤细胞表型特征多样性与基因型之间的关联关系,揭示物种/病毒/肿瘤细胞表型特征演化多样性的分子机制。

  •  
    • 4.  动力系统分支与混沌理论及应用研究
    • i)微分和差分方程的定性与稳定性方法研究;

    ii)微分与差分方程的全局分支理论研究;

    • iii)动力系统混沌理论及其应用研究;
    • iv非局部扩散系统中的演化入侵分析理论及应用

 

科研项目
项目编号 项目名称 项目来源 起讫时间 承担角色 项目类别
2020XGZX056 新型冠状病毒肺炎疫情传播风险预测预警模型的构建与分析 浙江大学新型冠状病毒肺炎(COVID-19)应急科研专项项目2020-2~负责人纵向项目
xzy032020027 新型冠状病毒肺炎疫情的流行趋势预测与最优防治策略研究 西安交通大学基本科研业务费自由探索与创新-应急类项目2020-1~负责人纵向项目
11971375 我国乙肝病毒演化多样性的系统动力学模型与整合分析方法研究 国家自然科学基金面上项目2020-1~负责人纵向项目
2019JM-273 抗病毒治疗对我国乙肝疫情影响的数学模型研究 陕西省自然科学基础研究计划面上项目2019-1~负责人纵向项目
2018ZX10721202 中国成人高危人群和社区人群乙肝疫苗优化免疫策略研究 “艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治”科技重大专项项目2018-1~骨干成员纵向项目
3127100017 2015年陕西省博士后科研项目配套资助 陕西省人力资源和社会保障厅2017-1~2018-12负责人纵向项目
2017ZM074 时滞传染病动力学模型与稳定性研究 高校重点引智项目-著名学者项目2017-1~2017-12负责人纵向项目
11631012 典型疾病的多尺度生物系统动力学及数据分析 国家自然科学基金重点项目2017-1~骨干成员纵向项目
201506285164 国家留学基金管理委员会出国留学项目 国家教育部项目2016-4~2017-3负责人纵向项目
11571272 我国乙肝病毒的分子进化趋势及其对宏观传播动力学的影响 国家自然科学基金面上项目2016-1~2019-12负责人纵向项目
2015JQ1011 新型禽流感病毒的分子进化规律、感染机制及传播机理研究 陕西省自然科学基础研究计划青年人才项目2015-1~2017-12负责人纵向项目
2015(948)-97 我国乙肝病毒的分子进化规律、感染机制及流行趋势研究 2015年陕西省博士后科研项目2015-11~2018-12负责人纵向项目
2014M560755 我国乙型病毒性肝炎的传播动力学模型及防控新策略研究 第56批中国博士后科学基金面上项目2014-9~2018-12负责人纵向项目
11372233 含分式结构的生化反应系统的随机响应方法及其在基因调控网络中的应用 国家自然科学基金项目2014-1~2017-12骨干成员纵向项目
61372151 基于DNA遗传信息标识和分类的区域人口结构新型表征体系研究 国家自然科学基金项目2014-1~2017-12骨干成员纵向项目
2014ZD088 适应动力学理论及其在生态系统和传染病中的应用 2014年度西安交通大学重点引智项目2014-1~2014-12负责人纵向项目
11201368 生物表型多样性形成与丧失的进化动力学机制研究 国家自然科学基金青年科学基金项目2013-1~2015-12负责人纵向项目
2012ZX10002001 乙型病毒性肝炎免疫预防新策略的研究 “艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治”科技重大专项项目2012-1~2015-12骨干成员纵向项目
xjj2012007 生物种群进化多样性的动力学模型研究 西安交通大学基本科研业务费自由探索类项目2012-1~2014-12负责人纵向项目
PLN1003 渗透多孔介质非线性渗流机理研究 国家重点实验室开放基金项目2010-1~2011-12骨干成员纵向项目
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学术任职

评审评议

 2019.10- 今,国家自然科学基金同行评议专家(ISIS系统)。 

 2019.08- 今,陕西省科技奖励评审专家。

 2018.03- 今,教育部学位中心学位论文通讯评议专家。

 2017.6-2021.5,中国数学会生物数学专业委员会第八届委员

  1. 学术编委

International Journal of Evolution》编委,http://www.scitechnol.com/editorialboard-international-evolution.php

Journal of Gastroenterology, Liver & Pancreatic diseases》编委,http://austinpublishinggroup.com/glpd/editorialBoard.php 

审 稿

Journal of Theoretical Biology, Mathematical Biosciences, Applied Mathematics and Computation, Ecological Modelling, BioSystems, Abstract and Applied Analysis,《工程数学学报》.

Impacts

  1. 1. Our research was highlighted by <Nature CHINA> on Oct. 8, 2008. (Jian Zu et al., J. Theor. Biol. 2008, 254(2): 239-251. PDF )  http://nchina.natureasia.com/en/nchina/article/10.1038/nchina.2008.236

奖项成果
奖项名称 获奖年份 奖项类型 奖项等级 申报部门
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