複合納米孔器件的研製及其穩定性研究

《複合納米孔器件的研製及其穩定性研究》是依託東南大學，由劉全俊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：複合納米孔器件的研製及其穩定性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉全俊
• 依託單位：東南大學

中文摘要

本項目基於集成孔內納米電極的固態納米孔器件，在固態納米孔中以分子組裝技術構建表面磷脂雙分子層結構，並在其表面插入生物納米孔，構建一個高度穩定，可重複的複合納米孔檢測器件。通過橫向納米電極反饋控制技術，使得單鏈核酸分子能夠在受控的情況下通過MspA納米孔而實現核酸鹼基檢測。與現有的技術相比，本課題提出的測序系統將具有分子測序信號維度廣、速度可控和試劑消耗少、運行成本低的特點，可實現DNA 序列的直接測定，為研製實用的全固態DNA 納米孔測序儀奠定基礎；同時將推動功能基因組學、個體化醫學以及個體化藥學的發展。

結題摘要

納米孔技術發展至今已經成為一種有力的快速非標記單分子檢測技術，本項目將對其原理模型、動力學以及進一步的最佳化和套用進行系統性的研究。本項目首先建立了一套包括計算模型、納米器件模型、DNA易位的電路模型等在內的完善的納米孔檢測數學模型，其次先後探索了λ-DNA、金納米顆粒、DNA結合體及菸草花葉病毒通過固態納米孔的動態學行為及其信號特徵，並解釋了目標分析物的表面電荷、形態改變、與孔壁的相互作用以及過孔時的偏擺對納米孔電流信號的影響，結果表明在納米孔測序中，DNA分子的自然構象、易位角度、與納米孔孔壁的相互作用及在孔內的無規則擺動都需要一定方法來克服。在已有的納米孔測序系統基礎上，提出並研究了在固態納米孔表面以分子組裝技術構建磷脂雙分子層並插入生物納米孔的複合孔系統，可以有效提高生物納米孔穩定性，該測序系統具有分子測序信號維度廣、速度可控和試劑消耗少、運行成本低的特點，可實現 DNA 序列的直接測定，為研製實用的全固態 DNA 納米孔測序儀奠定基礎。最後，本項目利用固態納米孔實現了單分子解析度的辣根過氧化物酶蛋白檢測以及酶反應檢測，發現酶分子易位時間隨著電壓的升高而減小，相同大小的酶分子在較小的空間內通過時造成的變化相對較大。本項目系統解釋了檢測分析物在納米孔中的分子動力學行為，為最佳化納米孔檢測系統提供了一種新的思路，為以後的單分子檢測研究以及套用奠定了基礎。