基因芯片納米力學行為的能量模型及其數(shù)值模擬.pdf

1、本文利用統(tǒng)計力學、聚合物化學、連續(xù)介質(zhì)力學等建模方法和計算技術(shù)，建立模擬無標記生物檢測中基因芯片納米力學行為的能量模型，以確立DNA分子結(jié)構(gòu)特征、緩沖鹽溶液濃度等因素與基因芯片納米力學行為之間的關(guān)系。根據(jù)基因芯片的變形和結(jié)構(gòu)特征，采用層合梁兩變量新模型，建立基因芯片的四層梁模型，并數(shù)值預測基因芯片的納米撓度響應. 針對雙鏈DNA(dsDNA)系統(tǒng)，在Strey經(jīng)驗勢的基礎(chǔ)上，首先，將dsDNA芯片視為四層懸臂梁結(jié)構(gòu)，建立了分析基

2、因芯片納米力學行為的能量模型；其次，利用能量最小原理，計算了基因芯片的納米撓度，并和Wu的實驗數(shù)據(jù)進行了比較，數(shù)值預測結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合良好；最后，研究了DNA封裝和制造過程中鏈間距隨機性分布和彈性模量隨機性因素對基因芯片納米撓度響應的影響。四層梁模型和兩層梁模型的比較表明，在分析基因芯片納米力學行為時，不應忽略金層和鉻層對基因芯片撓度響應的影響。 針對單鏈DNA(ssDNA)系統(tǒng)，借助尺度法，考慮軟體聚合物的構(gòu)型熵和非靜電作用

3、、滲透能、靜電排斥能等因素，建立了封裝時弱相ssDNA芯片的能量模型，預測封裝時基因芯片的納米力學行為，并分析封裝密度和DNA鏈長等因素對基因芯片封裝撓度的影響。首先，將基因芯片的生物層視為一個聚合物毛刷結(jié)構(gòu)，采用Daoud-Cotton模型，分析了弱相ssDNA系統(tǒng)構(gòu)型熵和非靜電作用產(chǎn)生的能量以及對芯片撓度的影響。其次，采用聚電解質(zhì)溶液理論中反離子的Poisson-Boltzmann分布假設(shè)，分析了溶液中反離子進入DNA毛刷結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生