【摘要】：固態(tài)納米孔測序是最有望實(shí)現(xiàn)低成本快速檢測DNA序列的方法,是第三代DNA測序的主要手段與方法。目前制約固態(tài)納米孔測序的瓶頸是在高電壓電泳驅(qū)動(dòng)下,DNA通過納米孔的速度過快,導(dǎo)致目前的電流檢測技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)單堿基的識(shí)別。針對(duì)上述問題,探究了不同的緩沖液濃度和偏置電壓對(duì)DNA通過納米孔的阻塞電流和持續(xù)時(shí)間影響;利用表面修飾鏈霉親和素的磁性小珠綁定生物素修飾的DNA,實(shí)現(xiàn)DNA的降速,并對(duì)不同緩沖液濃度和偏置電壓對(duì)磁珠綁定的DNA通過納米孔的阻塞電流和持續(xù)時(shí)間的影響進(jìn)行了研究;利用多物理場耦合仿真軟件COMSOL Multiphysics,進(jìn)行了不同濃度和偏置電壓下的DNA(等效成小珠)和磁珠綁定DNA的過孔規(guī)律仿真研究。主要研究方法及成果如下:1)采用聚焦離子束(FIB)的方法,利用先減薄后穿孔的方法加工制造了可用于DNA過孔實(shí)驗(yàn)的直徑為25nm的氮化硅納米孔;對(duì)DNA及磁珠綁定DNA通過納米孔時(shí)的理論進(jìn)行了探討,包括決定離子分布和zeta電勢的雙電層理論,液體流動(dòng)的電滲流和驅(qū)動(dòng)DNA運(yùn)動(dòng)的電泳理論、由粒子造成的非均勻電場產(chǎn)生的介電電泳理論,用于綁定DNA的鏈霉親和素-生物素連接理論和用于高精電流檢測的膜片鉗技術(shù)。2)實(shí)驗(yàn)探究了氮化硅納米孔檢測DNA的實(shí)驗(yàn)方法和步驟,深入探究了不同的緩沖液濃度和偏置電壓對(duì)DNA通過納米孔的影響。在0.1-1.0mol/L的范圍內(nèi),隨著緩沖液的濃度的增加,DNA通過納米孔時(shí)的阻塞電流呈線性增加,而持續(xù)時(shí)間呈現(xiàn)線性減小,捕獲率逐漸減小;隨著偏置電壓的增大,DNA過孔事件的持續(xù)時(shí)間在降低,但是呈現(xiàn)減小量越來越小的降低(近似反比),阻塞電流隨著偏置電壓的增大,呈現(xiàn)線性增大,信噪比提高,捕獲率也呈現(xiàn)線性增加。3)探究了鏈霉親和素修飾的磁珠綁定生物素修飾的DNA的實(shí)驗(yàn)方法,對(duì)磁珠綁定DNA、純DNA、純磁珠和純鏈霉親和素與納米孔之間相互作用的特征電流信號(hào)作了分析,得到不同物質(zhì)的不同的電流信號(hào)。詳細(xì)研究了不同的緩沖液濃度和偏置電壓對(duì)磁珠綁定的DNA通過納米孔的影響,發(fā)現(xiàn)磁珠綁定的DNA通過納米孔的電流阻塞信號(hào)與純DNA的相近。但是持續(xù)時(shí)間明顯不同,隨著緩沖液濃度的增加,磁珠綁定的DNA通過納米孔的持續(xù)時(shí)間會(huì)出現(xiàn)明顯的增加,其捕獲率也會(huì)呈現(xiàn)下降趨勢;隨著偏置電壓的線性增大,過孔時(shí)間是“減小量逐漸增大的減小”。這主要是由于鏈霉親和素-生物素鏈接的距離一定和從開始階段加速度較大的兩個(gè)原因造成。電壓增大,也造成了捕獲率的線性增大。4)利用多物理場耦合仿真軟件COMSOL Multiphysics對(duì)于DNA(簡化成納米粒子模型)和磁珠綁定DNA通過納米孔的規(guī)律進(jìn)行了模擬仿真,研討了其理論基礎(chǔ)及其具體的建模過程,包括無量綱代換、二維模型建立、求解域和邊界條件設(shè)置、自定義表達(dá)式和變量設(shè)置、網(wǎng)格劃分與求解、以及后處理方法。詳細(xì)探究了緩沖液濃度和偏置電壓對(duì)DNA通過納米孔的影響,結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨勢一致,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作了補(bǔ)充說明,為納米孔檢測磁珠綁定DNA的仿真提供了新的仿真方法。
【圖文】：

第一章 緒論第一章 緒論1.1 引言脫氧核糖核苷酸（DNA）是生物體重要的遺傳物質(zhì)、遺傳信息的攜帶者和基因表達(dá)的物質(zhì)基礎(chǔ)，幾乎所有的生命活動(dòng)都與其有關(guān)，它在生物的生長、發(fā)育和繁殖等正常生命活動(dòng)及突變、癌變等異常生命活動(dòng)中起著非常重要的作用。DNA 是一種鏈狀聚合物，基本結(jié)構(gòu)如圖 1.1，由四種含氮堿基(腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T))、脫氧核糖和磷酸組成，其中堿基的順序是遺傳因素表達(dá)的關(guān)鍵，四種堿基兩兩配對(duì)，即A-T,C-G,堿基之間通過氫鍵進(jìn)行鏈接，如圖1.2[1]，稱為遺傳密碼。很多疾病都與遺傳基因有著直接或者間接的關(guān)系，遺傳密碼的解讀在疾病預(yù)測、藥物副作用規(guī)避甚至基因編輯等方面都具有廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)人類健康發(fā)展具有非凡的意義。同時(shí)，基因測序在個(gè)性化分子診斷，基因芯片等交叉學(xué)科的發(fā)展中亦具有非常重要的應(yīng)用前景。

第一章 緒論第一章 緒論1.1 引言脫氧核糖核苷酸（DNA）是生物體重要的遺傳物質(zhì)、遺傳信息的攜帶者和基因表達(dá)的物質(zhì)基礎(chǔ)，幾乎所有的生命活動(dòng)都與其有關(guān)，它在生物的生長、發(fā)育和繁殖等正常生命活動(dòng)及突變、癌變等異常生命活動(dòng)中起著非常重要的作用。DNA 是一種鏈狀聚合物，基本結(jié)構(gòu)如圖 1.1，由四種含氮堿基(腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T))、脫氧核糖和磷酸組成，其中堿基的順序是遺傳因素表達(dá)的關(guān)鍵，四種堿基兩兩配對(duì)，即A-T,C-G,堿基之間通過氫鍵進(jìn)行鏈接，如圖1.2[1]，稱為遺傳密碼。很多疾病都與遺傳基因有著直接或者間接的關(guān)系，遺傳密碼的解讀在疾病預(yù)測、藥物副作用規(guī)避甚至基因編輯等方面都具有廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)人類健康發(fā)展具有非凡的意義。同時(shí)，基因測序在個(gè)性化分子診斷，基因芯片等交叉學(xué)科的發(fā)展中亦具有非常重要的應(yīng)用前景。
【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】：2018
【分類號(hào)】：Q503;TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 馬建;基于固態(tài)納米孔基因測序的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];東南大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 趙文遠(yuǎn);固態(tài)納米孔下納米粒子的易位及仿真研究[D];東南大學(xué);2015年

2 王躍;基于納米孔和納米陣列的單分子DNA測序技術(shù)基礎(chǔ)研究[D];上海交通大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：2671776