納米通道中離子輸運(yùn)的研究.pdf

1、對(duì)納米通道中離子輸運(yùn)的研究可完善納流控理論，實(shí)現(xiàn)對(duì)納流控中物理現(xiàn)象的透徹理解和應(yīng)用，從而促進(jìn)納流控芯片及其在生物芯片和芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)中的集成和應(yīng)用，加速開(kāi)發(fā)納流控的巨大潛在創(chuàng)新性應(yīng)用。本文將分子動(dòng)力學(xué)模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，研究了納米通道中離子輸運(yùn)的規(guī)律，并設(shè)計(jì)加工了可用于研究細(xì)胞遷移的微納流體器件。
　　建立了直徑是3nm的圓柱形納米管道模型，用分子動(dòng)力學(xué)的方法研究了溶液濃度對(duì)納米通道中離子輸運(yùn)的影響。研究發(fā)現(xiàn)電解質(zhì)溶液濃度在0.4-

2、0.9M的范圍內(nèi)，離子電流隨溶液濃度線性增大；當(dāng)溶液濃度高于0.9M時(shí)，離子電流增大的速率明顯減小。常規(guī)的會(huì)認(rèn)為高表面電荷密度會(huì)引起納米管中離子數(shù)的增加以維持系統(tǒng)的電中性，因此離子電流隨之增大。但實(shí)際上，表面電荷密度增加時(shí)，離子電流呈現(xiàn)的是一個(gè)先增大后減小的趨勢(shì)。通過(guò)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，這個(gè)不尋常的現(xiàn)象是由于表面電荷密度增加時(shí)，近壁面處的離子受到大的粘性阻力而導(dǎo)致離子電遷移率下降引起的。
　　為了驗(yàn)證分子動(dòng)力學(xué)仿真的結(jié)果，設(shè)計(jì)加工了多

3、孔和單孔納米通道，并搭建四探針實(shí)驗(yàn)臺(tái)研究了溶液濃度對(duì)離子在納米通道中輸運(yùn)的影響。多孔納米通道是在PDMS成型的微流體通道中嵌入PEGDA水凝膠獲得。單孔納米通道是在通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積和刻蝕的方法在硅基底上形成的自支撐SiN薄膜上采用FIB減薄和TEM電子束轟擊相結(jié)合的方法制備獲得。利用搭建的四探針實(shí)驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)測(cè)量離子電導(dǎo)與電解質(zhì)濃度的關(guān)系，研究了納米通道中的離子輸運(yùn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了分子動(dòng)力學(xué)模擬觀察到的現(xiàn)象。
　　最后，設(shè)