受限納流體的分子動(dòng)力學(xué)模擬與DNA檢測.pdf

1、本文通過分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法研究了NaCl溶液的流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)及其受限在納米孔中的離子遷移規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了DNA分子通過不同形態(tài)的石墨烯納米孔的模擬實(shí)驗(yàn)，對模擬結(jié)果產(chǎn)生的物理現(xiàn)象作了討論和分析，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)基于納米孔的基因測序打下理論基礎(chǔ)。通過研究得到的主要結(jié)論有:1、溶液濃度和外加電場強(qiáng)度對體態(tài)及受限在納米孔中的NaCl溶液的離子電流和電流貢獻(xiàn)率的影響規(guī)律。2、跨膜電勢和離子電流隨著納米孔孔徑的變化規(guī)律。3、納米孔內(nèi)壁面電荷對

2、于孔內(nèi)離子分布和離子電流的影響。4、電場力驅(qū)動(dòng)DNA分子過孔的速度太快，阻塞電流信號很微弱，難以實(shí)現(xiàn)測序目標(biāo)。施加類似于AFM探針的彈性力可以有效控制過孔時(shí)間，并能檢測到更為明顯的電流阻塞信號;當(dāng)不同堿基受限在納米孔中的有效時(shí)間增大后，其物理占位因素對阻塞電流信號的影響占主導(dǎo)，IG＜IA＜IT，但C堿基不滿足這一規(guī)律。5、錐形納米孔對DNA分子具有單向通過性，僅在電場力驅(qū)動(dòng)下DNA分子只能由小端到大端通過錐孔，該現(xiàn)象是由DNA分子無法從

3、大端進(jìn)入跨膜電壓捕獲區(qū)所導(dǎo)致的;其阻塞電流隨錐度增加而減小，甚至為貢獻(xiàn)電流;過孔時(shí)間隨錐度增大而減小，不利于基因測序的實(shí)現(xiàn)。6、施加彈性力牽引DNA由大端到小端通過錐形納米孔時(shí)，雙鏈DNA發(fā)生解旋，阻塞電流隨錐度的增加而變大。最后，我們得出結(jié)論:目前的實(shí)驗(yàn)及模擬方法很難獲得單堿基阻塞電流的分辨率，但通過主動(dòng)控制DNA過孔的方法可以有效減緩其過孔時(shí)間，進(jìn)而能夠區(qū)分poly(dA)10和poly(dT)10等片段，因此，如何延長過孔時(shí)間將是