本論文以無標記生物檢測中DNA-微梁為研究對象,利用微懸臂梁實驗、DNA溶液中觀液晶理論、水凝膠理論、Monte Carlo方法、密度泛函理論、全原子分子動力學方法等多尺度方法,研究了近表面DNA膜粒子分布的非均勻性、DNA鏈幾何構型的可變性以及兩者對微懸臂梁復雜撓度響應和DNA膜彈性性質以及尺度效應的影響。有關方法、模型和結論不但豐富了軟物質力學的理論框架,而且為DNA芯片技術以及DNA膜在生物工程和納米材料中的廣泛應用提供了技術參考。主要工作如下:（1）利用非局部密度泛函理論,采用DNA分子球鏈模型,考慮硬球排斥能、鏈接觸能、直接庫倫能和靜電-硬球耦合能四種超額能量的貢獻,研究了吸附于柱形基底表面的DNA膜內粒子分布特征和DNA膜的微觀幾何結構。研究表明:溶液鹽離子濃度和DNA堿基片段密度、DNA膜電勢沿厚度方向的分布是非均勻的。較大的基底曲率對DNA膜內的溶液鹽離子和DNA堿基片段密度分布產(chǎn)生顯著影響。（2）從DNA膜的中觀液晶理論和平均場理論出發(fā),利用DNA軟圓柱模型,構造基底上雙鏈DNA（ds DNA）膜自由能的新中觀經(jīng)驗勢,提出了揭示ds DNA膜內粒子非均布特征和DNA鏈... 

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【文章頁數(shù)】：190 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題來源
    1.2 課題研究的目的和意義
    1.3 國內外微懸臂梁生化傳感技術的研究概況
        1.3.1 微梁實驗研究
        1.3.2 微梁理論研究
        1.3.3 DNA膜研究
    1.4 未解決的問題
    1.5 研究目標和內容
第二章 DNA膜內粒子沿厚度方向的非均勻特性
    2.1 引言
    2.2 分子模型和DFT算法
        2.2.1 分子模型
        2.2.2 DFT算法
    2.3 結果與討論
        2.3.1 粒子密度分布
        2.3.2 DNA片段密度
        2.3.3 凈電荷密度分布
        2.3.4 電勢分布
        2.3.5 DNA膜厚度
    2.4 小結
第三章 dsDNA膜沿厚度方向非均勻的彈性模量
    3.1 引言
    3.2 模型
        3.2.1 微懸臂層合梁彎曲能量模型
            3.2.1.1 幾何描述
            3.2.1.2 DNA膜自由能
            3.2.1.3 微懸臂梁撓度
        3.2.2 DNA膜應力應變關系
    3.3 結果與討論
        3.3.1 參數(shù)擬合與模型比較
        3.3.2 DNA膜的力學性能
            3.3.2.1 彈性模量
            3.3.2.2 泊松比
            3.3.2.3 鹽溶液濃度和堿基對數(shù)的影響
            3.3.2.4 微觀作用的貢獻
    3.4 小結
第四章 混亂封裝模式對ssDNA膜彈性模量的影響
    4.1 引言
    4.2 ssDNA-微懸臂梁實驗、跨尺度模型和Monte Carlo模擬
        4.2.1 ssDNA-微懸臂梁的彎曲實驗
        4.2.2 多尺度模型
        4.2.3 DNA封裝模式的Monte Carlo模擬
        4.2.4 DNA膜的彈性性質分析
    4.3 結果與討論
        4.3.1 撓度
        4.3.2 彈性模量
            4.3.2.1 不同堿基對數(shù)的影響和尺度效應
            4.3.2.2 鹽濃度的影響和三種微觀作用的貢獻
            4.3.2.3 DNA膜沿厚度方向的梯度效應
    4.4 小結
第五章 pH值對DNA膜彈性模量的影響
    5.1 引言
    5.2 模型
        5.2.1 DNA膜電勢
            5.2.1.1 NLPB方程
            5.2.1.2 線性近似模型
        5.2.2 微懸臂梁撓度
            5.2.2.1 溶質粒子分布
            5.2.2.2 撓度
            5.2.2.3 DNA膜的彈性模量
    5.3 結果與討論
        5.3.1 平均電勢和凈電荷密度
        5.3.2 DNA-微懸臂梁彎曲撓度
            5.3.2.1 上翹撓度
            5.3.2.2 下彎撓度
        5.3.3 DNA膜壓縮彈性模量
    5.4 小結
第六章 金層表面dsDNA納觀幾何構型分析和DNA納米新器件原理的探索
    6.1 引言
    6.2 固定于金層表面的DNA分子構型
        6.2.1 分子動力學模擬系統(tǒng)
        6.2.2 金層結構、DNA結構和系統(tǒng)初始構型
        6.2.3 模擬過程
        6.2.4 結果和討論
            6.2.4.1 種植密度的影響
            6.2.4.2 鹽濃度的影響
            6.2.4.3 金層電荷的影響
            6.2.4.4 pH值的影響
    6.3 DNA分子樣品制備新方法的初步探索
        6.3.1 DNA過濾器
            6.3.1.1 模擬方法
            6.3.1.2 模擬結果
        6.3.2 DNA收集器
            6.3.2.1 模擬方法
            6.3.2.2 模擬結果
    6.4 小結
第七章 結論與展望
    7.1 結論
    7.2 展望
附錄A
附錄B
參考文獻
作者在攻讀博士學位期間公開發(fā)表的論文
作者在攻讀博士學位期間所作的項目
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3082008