《微樑上DNA生物膜的界面效應研究》是依託上海大學，由張能輝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微樑上DNA生物膜的界面效應研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張能輝
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
DNA吸附或雜交引起的微梁變形機理是開放性難題，也是制約無標記DNA-微梁感測器技術市場化重要因素。本項目考慮DNA吸附和雜交過程中熱、電、化、力學因素，利用非局部密度泛函理論、非線性Poisson-Bolzmann方程和Langmuir吸附定律，捕捉固-液界面處DNA生物膜非均布納觀特徵，形成合理離子濃度非均布假設；採用Yukawa吸引勢和課題組提出的層合梁兩變數方法，發展DNA生物膜自由能中觀液晶模型，進而跨尺度建立DNA分子納觀幾何特徵、水合力等微觀作用和生物膜中觀自由能、巨觀彈性模量、熱膨脹係數以及微梁靜態撓度、表面應力、動態頻率之間的關係。主要創新點是考慮界面效應引起的物質分布非均勻性對於DNA鏈局部變形、生物膜熱-電-化-力學性能、微梁整體變形的影響。期待給出反映固-液生物界面特性並揭示DNA-微梁納米運動機理的多尺度模型，為晶片自組裝表面處理、雙梁技術、集成化製造等提供參考。
結題摘要
DNA 吸附引起的微梁變形機理是開放性難題，也是制約微梁生物感測器技術市場化重要因素。本項目跨尺度表征了基底上粒子的微觀分布、DNA吸附膜的電荷狀態和電勢分布、介觀液晶自由能、巨觀彈性模量、熱膨脹係數和壓電係數與微梁表面應力、靜態撓度和動態頻率之間的複雜關係。(1)對於對粒子的納觀分布，研究了基底曲率、溶液條件和電荷狀態等因素對吸附膜內粒子分布和電勢分布的影響，獲得了不同封裝條件下膜電勢的分布規律；(2)對於DNA吸附膜的力/熱/電學性能，結合高價鹽下鏈間微觀吸引作用的實驗新發現，發展了反映上述電勢非均布特徵的DNA介觀自由能的新模型，並突破連續介質力學的束縛，跨尺度研究了溶液條件、電荷狀態和封裝模式等因素對DNA膜彈性模量、壓電係數和熱膨脹係數的多樣性和尺寸效應的影響；(3)對於微梁表面應力和靜動態檢測信號，構建了吸附膜−微梁層合結構的跨尺度能量模型，給出了檢測條件與微梁靜態撓度、動態頻率之間的解析關係；(4)研究了溫變引起的檢測信號失效問題和耦合雙梁新技術中的非線性效應，揭示了基底種類、鹼基對數、溫度變化和溶液離子等檢測條件對微梁檢測失效的影響，給出了避免檢測失效的最佳化條件；(5)實測了不同溶液條件下DNA−微梁的靜態撓度，為上述介觀自由能新模型提供了擬合數據，並驗證了上述部分預測。有關研究結果可為DNA晶片的自組裝表面處理、雙梁耦合新技術、集成化製造等提供了設計參考。
