【摘 要】
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自上世纪90年代生物纳米孔用于基因测序开始,随着纳米孔的发展,生物纳米孔利用酶已经可以实现区分不同的碱基。而且纳米孔也慢慢的应用于其他检测领域,例如蛋白质分子,病毒分子等。纳米孔也渐渐的成为低成本的一种纳米孔尺度传感器。最常见的生物纳米孔传感器有α-HL、Msp A和phi 29,固态纳米孔由于其良好的物理特性也在未来的应用研究中大放异彩,随着材料科技、纳米加工科技的发展,越来越多的固态纳米孔研究
【基金项目】
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国家973计划项目（2011CB707605）； 国家自然科学基金重点项目（51435003）；
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自上世纪90年代生物纳米孔用于基因测序开始,随着纳米孔的发展,生物纳米孔利用酶已经可以实现区分不同的碱基。而且纳米孔也慢慢的应用于其他检测领域,例如蛋白质分子,病毒分子等。纳米孔也渐渐的成为低成本的一种纳米孔尺度传感器。最常见的生物纳米孔传感器有α-HL、Msp A和phi 29,固态纳米孔由于其良好的物理特性也在未来的应用研究中大放异彩,随着材料科技、纳米加工科技的发展,越来越多的固态纳米孔研究正在进行,常见的固态纳米孔有氮化硅、氧化硅、氧化铝、石墨烯、二硫化钼等,本文的主要研究内容如下:研究固态纳米孔薄膜芯片的制备方法,利用MEMS工艺制备批量的低噪的薄膜芯片。提出RIE刻蚀法和FIB刻蚀法减薄薄膜,并对FIB减薄薄膜时的刻蚀效应进行的深入的研究,利用TEM和FIB在氮化硅薄膜上加工纳米孔,实现了跨尺度的可控的纳米孔加工。为了实现固态纳米孔时间分辨率上能够达到测序的功能,本文设计了一套利用AFM可控操纵DNA过孔的实验平台,通过绑定DNA至AFM探针上利用AFM探针控制DNA在纳米孔中穿过的速度,实现了DNA过孔速度的大幅降低,满足了DNA测序的时间分辨率要求,并且利用膜片钳技术检测了AFM操控DNA情况下过孔的电流信号,并且利用AFM平台检测了DNA穿过纳米孔时受到的电场力,并利用分子动力学模拟研究了这个操控过孔时的机制。研究了固态纳米孔检测非限制条件下DNA过孔的具体机制,对比了不同p H值溶液对DNA过孔的影响,利用最新的高采样频率膜片钳对短链DNA过孔实验进行研究,对比了不同电压下过孔事件信号的变化;通过利用不同的采样滤波频率分析DNA过孔信号,研究滤波对纳米孔测序的影响。利用电渗流驱动的方式,对单碱基进行过孔实验,利用不同碱基间尺寸的细微差异,通过阻塞电流信号和过孔时间来区分不同的碱基,利用一维弗克普朗克方程对单碱基过孔时间进行分析,利用分子动力学模拟研究不同碱基在电渗流驱动下过孔的具体原理和机制。利用纳米孔对病毒分子Virus174在飞秒激光灭活前后的不同进行检测,实现了病毒分子灭活的检测。
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