《基於石墨烯納米孔器件的DNA單分子探測研究》是依託北京大學，由趙清擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於石墨烯納米孔器件的DNA單分子探測研究
- 項目負責人：趙清
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米孔由於其可以在單分子量級上實現對生物分子結構的測量，引發了前沿交叉領域極大的關注與科研熱情。基於固態納米孔的DNA測序成為目前國際第三代基因測序儀（旨在24小時之內用1000美金完成對人體基因測序）研製中最有力的競爭者之一，成為國際上基礎研究和套用探索的熱點。目前此領域存在的最重要的兩大問題是：納米孔支撐膜過厚（空間解析度過低）和DNA分子穿孔速度過快（時間解析度過低）。本項目巧妙地將石墨烯與納米孔結合起來，利用石墨烯超薄的單原子層厚度，優異的力學和電學性能大大提高基於石墨烯納米孔對DNA進行單分子探測的空間解析度。在此基礎上，創新性的引入反向壓強作為減速力場，用於減慢DNA穿過納米孔的速度，從而大幅提高基於固態納米孔DNA單分子探測的時間解析度。通過調節電場與壓強場的大小，預期可以實現對DNA的單分子探測，捕獲，操控，為最終實現基於石墨烯納米孔的基因測序打下堅實的基礎。
結題摘要
納米孔由於其可以在單分子量級上實現對生物分子結構的測量，引發了前沿交叉領域極大的關注與科研熱情。基於固態納米孔的DNA測序成為目前國際第三代基因測序儀（旨在24小時之內用1000美金完成對人體基因測序）研製中最有力的競爭者之一，成為國際上基礎研究和套用探索的熱點。目前此領域存在的最重要的兩大問題是：納米孔支撐膜過厚（空間解析度過低）和DNA分子穿孔速度過快（時間解析度過低）。利用本項目的順利實施建立了固態納米孔感測器單分子檢測實驗研究平台；發展了一整套可控精確加工納米孔感測器的方法；自主製備的納米孔感測器可順利完成超過一萬次的DNA單分子探測（達到國際領先水平）；並在納米孔幾何構型控制與DNA受力模擬方面取得系列進展。針對納米孔探測空間解析度低這一難題，發明了一套快速、高效、精確製備超薄二維原子層材料納米孔感測器的新方法，首次提出並實現了超薄氮化硼納米孔感測器對DNA的單分子檢測，達到國際最高空間解析度，受到國內外同行與網站廣泛關注。針對納米孔探測時間解析度低這一難題，提出將壓強引入到納米孔中來實現驅動力與信號讀取徹底分離的新方法，有效減慢了DNA穿孔速度，大幅提高探測時間解析度3個數量級，並首次利用納米孔感測器實現了對中性分子的單分子探測以及長度差僅為600個鹼基對的不同長度DNA分辨，顯著擴展了納米孔生物感測器的探測套用範圍。已授權的4項發明專利直接針對三代測序產業的具體套用，其中與哈佛大學共同申請的國際專利已許可給目前國際上最大的第三代測序儀研究公司－牛津納米孔集團進行有償使用。
