基于有限元方法的納米孔及帶電顆粒穿孔仿真研究.pdf

1、納米孔單分子檢測技術是近年來生物檢測的一個研究熱點，它可以廣泛的用于各種生物分子及化學物質(zhì)的檢測。其中的單分子DNA測序技術因其速度快、費用低等優(yōu)點被認為是最有前景的第三代測序技術，也是目前的研究重點。納米孔單分子檢測技術以Coulter計數(shù)器原理為基礎。用帶有納米孔的薄膜分隔電解液溶液，并在膜兩端施加電壓可檢測到流經(jīng)納米孔的離子電流，當表面帶有電荷的分子顆粒和穿過納米孔時，因其體積占據(jù)將使穿孔電流有所下降，穿孔電流的特征即反應了待測分

2、子的性質(zhì)。本文以Nernst-Planck模型為基礎，用COMSOL Multiphysics軟件建立了納米孔及帶電顆粒的有限元模型，仿真了納米孔及帶電分子顆粒穿過納米孔時的電流變化、電場分布、離子電荷的分布和流體流動的情況以及各種影響因素的作用。對納米孔電學性能的仿真實驗發(fā)現(xiàn)，在各溶液濃度條件下，納米孔的I-V曲線均為線性；但納米孔電導卻在低濃度條件時，隨濃度的變化非線性的改變，究其原因，是由于納米孔中的電滲作用在低濃度條件下更顯著而

3、造成的。在帶電顆粒穿越納米孔的過程中，顆粒對孔的部分阻塞會造成納米孔電流的下降，但同時，孔中的電滲效應則增大了納米孔電流，因此，總的穿孔電流大小是這兩種因素共同作用的結果。由于電滲效應的增強效果，在很低的溶液濃度條件下，穿孔電流甚至會出現(xiàn)較初始值升高的情況。帶電顆粒的尺寸對穿孔電流特征曲線也有較明顯的影響，一般地，顆粒越細短，穿孔過程對電流的變化影響越小。本文所得結果與實驗結果符合的較好，能夠很好的解釋各種現(xiàn)象的原因。同時，針對本模型的