基于有限元方法的納米孔及帶電顆粒穿孔仿真研究.pdf

1、納米孔單分子檢測(cè)技術(shù)是近年來(lái)生物檢測(cè)的一個(gè)研究熱點(diǎn)，它可以廣泛的用于各種生物分子及化學(xué)物質(zhì)的檢測(cè)。其中的單分子DNA測(cè)序技術(shù)因其速度快、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是最有前景的第三代測(cè)序技術(shù)，也是目前的研究重點(diǎn)。納米孔單分子檢測(cè)技術(shù)以Coulter計(jì)數(shù)器原理為基礎(chǔ)。用帶有納米孔的薄膜分隔電解液溶液，并在膜兩端施加電壓可檢測(cè)到流經(jīng)納米孔的離子電流，當(dāng)表面帶有電荷的分子顆粒和穿過(guò)納米孔時(shí)，因其體積占據(jù)將使穿孔電流有所下降，穿孔電流的特征即反應(yīng)了待測(cè)分

2、子的性質(zhì)。本文以Nernst-Planck模型為基礎(chǔ)，用COMSOL Multiphysics軟件建立了納米孔及帶電顆粒的有限元模型，仿真了納米孔及帶電分子顆粒穿過(guò)納米孔時(shí)的電流變化、電場(chǎng)分布、離子電荷的分布和流體流動(dòng)的情況以及各種影響因素的作用。對(duì)納米孔電學(xué)性能的仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在各溶液濃度條件下，納米孔的I-V曲線均為線性；但納米孔電導(dǎo)卻在低濃度條件時(shí)，隨濃度的變化非線性的改變，究其原因，是由于納米孔中的電滲作用在低濃度條件下更顯著而

3、造成的。在帶電顆粒穿越納米孔的過(guò)程中，顆粒對(duì)孔的部分阻塞會(huì)造成納米孔電流的下降，但同時(shí)，孔中的電滲效應(yīng)則增大了納米孔電流，因此，總的穿孔電流大小是這兩種因素共同作用的結(jié)果。由于電滲效應(yīng)的增強(qiáng)效果，在很低的溶液濃度條件下，穿孔電流甚至?xí)霈F(xiàn)較初始值升高的情況。帶電顆粒的尺寸對(duì)穿孔電流特征曲線也有較明顯的影響，一般地，顆粒越細(xì)短，穿孔過(guò)程對(duì)電流的變化影響越小。本文所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合的較好，能夠很好的解釋各種現(xiàn)象的原因。同時(shí)，針對(duì)本模型的