基因芯片納米力學(xué)行為的能量模型及其數(shù)值模擬.pdf

1、本文利用統(tǒng)計(jì)力學(xué)、聚合物化學(xué)、連續(xù)介質(zhì)力學(xué)等建模方法和計(jì)算技術(shù)，建立模擬無(wú)標(biāo)記生物檢測(cè)中基因芯片納米力學(xué)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(xué)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(yù)測(cè)基因芯片的納米撓度響應(yīng). 針對(duì)雙鏈DNA(dsDNA)系統(tǒng)，在Strey經(jīng)驗(yàn)勢(shì)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(xué)行為的能量模型；其次，利用能量最小原理，計(jì)算了基因芯片的納米撓度，并和Wu的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，數(shù)值預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好；最后，研究了DNA封裝和制造過(guò)程中鏈間距隨機(jī)性分布和彈性模量隨機(jī)性因素對(duì)基因芯片納米撓度響應(yīng)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(xué)行為時(shí)，不應(yīng)忽略金層和鉻層對(duì)基因芯片撓度響應(yīng)的影響。 針對(duì)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(shí)弱相ssDNA芯片的能量模型，預(yù)測(cè)封裝時(shí)基因芯片的納米力學(xué)行為，并分析封裝密度和DNA鏈長(zhǎng)等因素對(duì)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(gè)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(duì)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(jìn)入DNA毛刷結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生