【摘要】：納米通道是指直徑在0.1-100nm的孔或管道狀結(jié)構(gòu),在微尺度下其具有較為出色的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、優(yōu)異的化學(xué)及光學(xué)等性質(zhì),故其在各大科研領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。尤其是研究納米通道技術(shù)在生物分子檢測(cè)方面的應(yīng)用意義重大,國(guó)內(nèi)外利用納米通道對(duì)特定蛋白質(zhì)大分子進(jìn)行分析檢測(cè)的工作已經(jīng)大量展開,但是實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件對(duì)生物分子在納通道內(nèi)運(yùn)動(dòng)的影響仍然有較多的科研價(jià)值。因此,在不同溫度及粘度的電解質(zhì)溶液下,研究被測(cè)蛋白質(zhì)分子在納米通道中的遷移速度及通量,本文開展了以下幾個(gè)方面的工作：1.利用被測(cè)蛋白質(zhì)分子通道納米通道時(shí)對(duì)電流的阻塞作用,設(shè)計(jì)并搭建生物分子檢測(cè)裝置,調(diào)試實(shí)驗(yàn)儀器及搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)通過(guò)記錄離子電流的變化來(lái)檢測(cè)被測(cè)粒子的過(guò)孔情況,達(dá)到對(duì)蛋白質(zhì)分子檢測(cè)的目的。研究環(huán)境溫度對(duì)羊抗人IgG粒子遷移過(guò)孔的影響,記錄不同實(shí)驗(yàn)溫度下IgG粒子引起的電流變化情況,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)溫度影響離子電流的回升拐點(diǎn)值。建立一個(gè)合理的模型對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行定性的解釋,通過(guò)編寫程序模擬IgG粒子的過(guò)孔情況,初步驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)電流變化趨勢(shì)。2.研究電解質(zhì)溶液粘度和納米孔兩側(cè)濃度梯度對(duì)羊抗人IgG和牛血清白蛋白BSA遷移過(guò)孔運(yùn)動(dòng)的影響。溶液的粘度影響被測(cè)粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的粘滯阻力,增大溶液粘度有效地延長(zhǎng)其在溶液內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速度,從而減少單位時(shí)間內(nèi)過(guò)孔的粒子數(shù)。由于IgG與BSA具有不同形態(tài)尺寸及表面電荷密度,所以溶液粘度對(duì)二者的影響效果不同。同時(shí)在納米孔兩側(cè)建立濃度梯度,由于濃度梯度改變納米孔內(nèi)雙向電滲流的作用結(jié)果及納米孔附近電勢(shì),從而影響納米孔對(duì)被測(cè)粒子的捕捉率及被測(cè)粒子在納米通道內(nèi)的遷移時(shí)間。3.制作一種基于氮化硅納米孔與聚碳酸酯納米孔陣列的復(fù)合芯片,被測(cè)生物分子過(guò)孔引起的離子電流改變將會(huì)被記錄并分析,分別在多通道和混合通道下檢測(cè)過(guò)孔粒子所引起的離子電流降幅。在混合通道下,生物分子的過(guò)孔信息可以通過(guò)分析電流降幅和阻塞信號(hào)的時(shí)間來(lái)獲取,并且可以通過(guò)改變復(fù)合膜上有效納米孔的個(gè)數(shù)來(lái)調(diào)控電流降幅的出現(xiàn)頻率,而這一結(jié)果表明基于微孔徑與納米孔陣列的混合納流體檢測(cè)芯片在生物分子的檢測(cè)方面有潛在的優(yōu)勢(shì)。綜上所述,本文研究了實(shí)驗(yàn)溫度、電解質(zhì)溶液及復(fù)合納米通道對(duì)生物分子遷移通過(guò)納米孔的影響,從而為利用納米通道實(shí)現(xiàn)對(duì)特定生物分子的檢測(cè)奠定基礎(chǔ)。
[Abstract]:Nanochannels refer to the pore or pipe-like structures with diameter in 0.1-100nm, which have excellent structural stability, thermal stability, excellent chemical and optical properties at microscale. Therefore, it has potential application value in various scientific research fields. Especially, the research on the application of nano-channel technology in biomolecules detection is of great significance. The work of analyzing and detecting specific protein macromolecules by using nano-channels at home and abroad has been carried out in a large number. However, the effects of experimental conditions on the movement of biomolecules in the nanochannels are still of great scientific value. Therefore, under different temperature and viscosity of electrolyte solution, the migration speed and flux of protein molecules in nanowires were studied. The following work was carried out in this paper: 1. Using the blocking effect of the protein molecular channel to the current, we design and build the biomolecular detection device, debug the experimental instrument and build the experimental platform. The change of ion current can be recorded to detect the pore crossing of the tested particles, and the detection of protein molecules can be achieved. The effect of ambient temperature on the migration of sheep anti-human IgG particles was studied. The changes of current induced by IgG particles were recorded at different experimental temperatures. It was found that the experimental temperature affected the recovery of ion current at the inflection point. A reasonable model is established to explain the experimental phenomena qualitatively. The experimental current variation trend is preliminarily verified by programming to simulate the IgG particle passing through the hole. 2. The effects of the viscosity of electrolyte solution and the gradient of concentration on the migration of sheep anti-human IgG and bovine serum albumin (BSA) BSA were studied. The viscosity of the solution affects the viscosity resistance of the measured particles, increases the viscosity of the solution and effectively prolongs its velocity in the solution, thus reducing the number of particles passing through the pore in a unit time. Because IgG and BSA have different shape size and surface charge density, the effect of solution viscosity on them is different. At the same time, the concentration gradient was established on both sides of the nano-pore. The effect of bidirectional electroosmotic flow in the nano-pore and the potential near the nano-pore were changed due to the change of the concentration gradient. Thus, the trapping rate of the measured particles and the migration time of the tested particles in the nanorods were affected by the nanoparticles' trapping rate and the migration time of the tested particles in the nanoparticles. A composite chip based on silicon nitride nano-pore array and polycarbonate nano-pore array is fabricated. The ion current changes caused by the pore crossing of the measured biomolecules will be recorded and analyzed. The ion current decreases caused by porous particles were detected in multichannel and mixed channels, respectively. In the mixed channel, the information about the pore passage of biomolecules can be obtained by analyzing the current drop and the time of blocking signal, and the frequency of the current drop can be controlled by changing the number of effective nano-pores on the composite film. The results show that the hybrid nano-fluid detection chip based on micropore and nano-pore array has potential advantages in the detection of biomolecules. To sum up, the effects of experimental temperature, electrolyte solution and composite nanochannels on the migration of biomolecules through nano-pores are studied in this paper, which lays a foundation for the detection of specific biomolecules by using nanochannels.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1

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本文編號(hào)：2328651