生物分子在三維有序納米結(jié)構(gòu)中輸運(yùn)與分離性質(zhì)的研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展,一些簡(jiǎn)單的生物分子已經(jīng)成為生物產(chǎn)品的主流。分離是生物產(chǎn)品生產(chǎn)中的基本和重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。生物產(chǎn)品的自身特性及生產(chǎn)和終端使用的特殊性對(duì)于產(chǎn)品純度提出了很高的要求,發(fā)展高效生物分離技術(shù)成為生物工程技術(shù)領(lǐng)域的重要的研究課題之一。傳統(tǒng)的高分子凝膠材料是以多孔性的凝膠或其它篩分劑作介質(zhì),很難集成在多步驟的生物分析系統(tǒng)中,也很難得到足夠數(shù)量的純化生物分子提供給后續(xù)的生物傳感與探測(cè)流程。三維有序納米結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)規(guī)整、連通性好、能量消耗低

2、、顏色特性等特點(diǎn),結(jié)合微流控技術(shù)易形成多步驟、高效率、低成本的生物分析系統(tǒng)。
　　本課題是用三維有序納米結(jié)構(gòu)代替高分子凝膠材料對(duì)生物分子進(jìn)行篩選和分離。分別利用自組裝和微流控等技術(shù)手段制備毛細(xì)管\微通道三維有序膠體晶體結(jié)構(gòu),和利用一步成型法結(jié)合燒結(jié)等技術(shù)手段制備載玻片\毛細(xì)管反蛋白石結(jié)構(gòu),制備多種形態(tài)三維有序結(jié)構(gòu)材料。結(jié)合實(shí)驗(yàn)條件,選擇微通道膠體晶體作為篩分體系,結(jié)合微流控芯片技術(shù)和繼電器設(shè)備,在分離通道內(nèi)成功實(shí)現(xiàn)對(duì)DNA生物分子

3、的輸運(yùn)和分離,力求達(dá)到一種低制造成本、簡(jiǎn)單高效的免染色分離手段。
　　此外用多物理場(chǎng)耦合軟件 COMSOL Multiphysics軟件進(jìn)行仿真模擬,力求理論模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。首先建立十字通道和微球陣列縫隙通道兩種幾何模型,并通過(guò)耦合電場(chǎng)、流場(chǎng)和稀物質(zhì)傳遞\粒子追蹤,分別從宏觀和微觀的角度研究DNA生物分子在規(guī)則有序的納米結(jié)構(gòu)中的輸運(yùn)分離性質(zhì)。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn):1、在十字微通道模型中,兩種電場(chǎng)下模擬的稀物質(zhì)濃度穩(wěn)態(tài)分布的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果