基于固態(tài)納米孔單分子傳感器的DNA輸運(yùn)特性研究.pdf

1、固態(tài)納米孔能夠應(yīng)用于檢測(cè)、分析生物分子，甚至識(shí)別DNA堿基序列，納米孔測(cè)序技術(shù)也被認(rèn)為是第三代測(cè)序技術(shù)中最具競(jìng)爭(zhēng)力的測(cè)序手段。本文以解決納米孔測(cè)序技術(shù)的難題為最終目標(biāo)，設(shè)計(jì)、搭建納米孔測(cè)試平臺(tái)，開展納米孔內(nèi)離子與DNA分子輸運(yùn)特性研究，并提出一種多模式測(cè)序方法。具體的工作與成果如下:
　　1)通過測(cè)量不同直徑納米孔在不同濃度KCl溶液中的I-V曲線，研究了電解質(zhì)溶液處于納米尺度受限空間內(nèi)的流變特性。發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)率在低濃度時(shí)（≤0.01

2、mol/L）偏離體態(tài)值，提出低濃度時(shí)電導(dǎo)率主要由孔內(nèi)電荷密度決定的觀點(diǎn)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)納米通道內(nèi)的離子遷移率異于體態(tài)值，錐形孔的整流效應(yīng)對(duì)離子輸運(yùn)也有影響。提出為了避免DNA分子過孔概率降低，需要有效降低壁面電荷密度的必要性。
　　2)通過改變納米孔兩側(cè)鹽溶液的濃度以及外加偏壓的大小，研究其對(duì)DNA的過孔時(shí)間以及信噪比的影響。發(fā)現(xiàn)九-DNA的過孔時(shí)間(tD)以及電流堵塞信號(hào)（IB）都隨著KCl濃度的升高而增加;但是，當(dāng)保持cis端的KC

3、l溶液濃度不變，trans端的KCl溶液濃度由1mol/L減小為0.1mol/L時(shí)，相對(duì)阻塞電流（IB/I0）增加了一個(gè)數(shù)量級(jí);外加偏壓增大，DNA過孔時(shí)IB和IB/I0也增大，但是tD隨電壓的升高而縮短。因此，改變納米孔兩側(cè)鹽溶液的濃度以及外加偏壓能夠有效地降低DNA的過孔速度，并且通過在納米孔兩端形成濃度梯度可以大大提高信噪比。
　　3)研究了DNA分子通過納米孔時(shí)的過孔行為。對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)納米孔直徑較大時(shí)，DNA除了被

4、拉直過孔，還存在折疊過孔以及多個(gè)DNA分子同時(shí)過孔的情況。
　　4)提出一種三通道并行檢測(cè)的DNA測(cè)序手段，結(jié)合原子力顯微鏡(AFM)，同時(shí)對(duì)DNA過孔時(shí)產(chǎn)生的堵塞離子電流、牽引DNA過孔的力信號(hào)和基于場(chǎng)效應(yīng)管放大的隧穿電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。本文先嘗試同時(shí)檢測(cè)前兩種信號(hào)，證實(shí)了并行檢測(cè)手段切實(shí)可行，并成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)DNA分子的多元化檢測(cè)以及DNA分子過孔事件的主動(dòng)控制，將DNA分子的過孔速度控制在遠(yuǎn)小于1base/ms，已經(jīng)完全能夠滿足