基于固態(tài)納米孔的生物分子辨識(shí)實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、現(xiàn)代生命科學(xué)的發(fā)展，使人類了解到基因是人類的遺傳密碼，蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的執(zhí)行者。破解基因意味著人類可以掌握自己的生命信息，而知道身體中蛋白質(zhì)的信息則掌握了身體的全部健康狀況。納米孔技術(shù)是未來檢測基因及蛋白質(zhì)最為理想的工具，是目前正在研制的第三代基因測序技術(shù)的基礎(chǔ)，也將成為未來精準(zhǔn)醫(yī)療的重要手段。本文對(duì)固態(tài)納米孔辨識(shí)生物分子的可行性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，探索基因分子和蛋白質(zhì)分子在納米孔中的易位規(guī)律。主要的研究成果和內(nèi)容如下:
　　1)研究雙

2、鏈λ-DNA（以下簡稱DNA）在兩種條件下(其一，同濃度不同電解質(zhì)溶液(LiCl、NaCl、KCl);其二，不同濃度同種電解質(zhì)溶液(LiCl))的過孔行為特征并分析其通過納米孔的姿態(tài)。研究表明，DNA過孔時(shí)間與其表面吸附離子的數(shù)量和離子吸附能力有關(guān)，離子吸附能力越強(qiáng)和離子數(shù)量越多，DNA整體凈電荷量越少，過孔時(shí)間越長。DNA在通過納米孔時(shí)會(huì)呈現(xiàn)線性長鏈拉直過孔和長鏈折疊過孔兩種姿態(tài)。
　　2)研究牛血清蛋白(BSA)在納米孔中過孔

3、行為，探索蛋白質(zhì)過孔的普遍規(guī)律。在施加不同跨膜電壓下，研究在納米孔中強(qiáng)電場下蛋白質(zhì)的解折疊機(jī)理。對(duì)不同電解質(zhì)溶液中，BSA與納米孔之間相互作用和易位頻率進(jìn)行分析討論。結(jié)果表明，BSA在通過納米孔時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩次解折疊過程，而且當(dāng)電場強(qiáng)度到達(dá)一定值時(shí)，這兩次解折疊都是突變而不是傳統(tǒng)理念中認(rèn)為的漸變過程。研究還發(fā)現(xiàn)在LiCl、NaCl、KCl三者中，KCl中BSA通過頻率最高但阻塞最為嚴(yán)重，LiCl中現(xiàn)象正好相反。
　　3)對(duì)比DNA、

4、BSA兩種生物分子混合與單獨(dú)檢測的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，探索納米孑孔對(duì)簡單生物分子的辨識(shí)能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果中發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果介于二者之間，整體現(xiàn)象和單純DNA過孔行為類似，同時(shí)出現(xiàn)類似蛋白質(zhì)過孔時(shí)的長過孔時(shí)間事件，且數(shù)量明顯少于純BSA過孔事件，可以從中辨識(shí)BSA長過孔時(shí)間事件以及DNA正常過孔事件。
　　4)探究固態(tài)納米孔對(duì)復(fù)雜生物大分子IgG、IgA、IgM的辨識(shí)能力。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，生物大分子在通過納米孔時(shí)，進(jìn)入納米孔較為困難卻會(huì)在孔口附

5、近徘徊產(chǎn)生碰撞信號(hào)，而且分子量越大，碰撞信號(hào)數(shù)量占總信號(hào)比率越高。
　　5)探索設(shè)置濃度差的方法提高信噪比，以增強(qiáng)固態(tài)納米孔對(duì)生物分子辨識(shí)能力，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)在納米孔兩側(cè)存在濃度差時(shí)，帶電生物分子(DNA、BSA)從高濃度往低濃度運(yùn)動(dòng)時(shí)，其過孔信號(hào)能夠被放大，濃度差梯度越大，放大效應(yīng)越明顯。而且該方法對(duì)生物分子過孔時(shí)間沒有太大的影響。
　　6)采用多物理場耦合軟件(COMSOL)模擬納米通道內(nèi)流場情況，對(duì)濃度差下的信