《DNA單分子穿越內徑<10nm納米通道機制的實時可視化研究》是依託西北大學，由王凱歌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：DNA單分子穿越內徑<10nm納米通道機制的實時可視化研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王凱歌
- 依託單位：西北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
清楚理解DNA分子在外電場作用下，穿越內徑<10nm納米通道的詳細機理，對於實現DNA分子（全基因組）納米孔超快測序，實現納米生化感測器、分析器、生物晶片實驗室的高度集成和實用化等有重要的實際價值和科學意義。本項目利用微秒精度脈衝開關、微伏精度恆壓直流源，結合自行研製的微納流控系統，有效引導DNA單分子勻速穿越長度0.5~1mm、內徑最小~2nm的具有不同形狀與功能的彎曲S形、內徑漸變楔形納米通道，以及內徑2~10nm、長度>10mm的連續光滑直線形納米通道等；並結合單分子螢光成像技術、EMCCD和飛安級精度微電流測試儀等技術實時可視化監測DNA分子穿越通道時其運動速度、構象變化等規律；再結合非連續流理論分析重疊電雙層、范德瓦爾斯力、溶液PH值、通道內徑大小等因素對DNA分子生物物理性質、動力學性質改變的影響，闡明DNA分子穿越內徑＜10nm至~2nm納米通道的詳細機制。
結題摘要
清楚理解DNA分子在外電場作用下，穿越微米、納米通道（內徑可＜10nm）的詳細機理，對於實現DNA分子（全基因組）納米孔超快測序，實現納米生化感測器、分析器、生物晶片實驗室的高度集成和實用化等有重要的實際價值和科學意義。本項目利用微秒精度脈衝開關、微伏精度恆壓直流源，結合自行研製的微納流控系統，有效引導DNA單分子勻速穿越長度0.5~1mm、內徑最小~2nm的具有不同形狀與功能的彎曲S形、內徑漸變楔形納米通道，以及內徑2~10nm、長度＞10mm的連續光滑直線形納米通道等；並結合單分子螢光成像技術、EMCCD和飛安級精度微電流測試儀等技術實時可視化監測DNA分子穿越通道時其運動速度、構象變化等規律，再結合非連續流理論分析重疊電雙層、范德瓦爾斯力、溶液PH值、通道內徑大小等因素對DNA分子生物物理性質、動力學性質改變的影響。本課題系統研究了特徵電流信號與通道大小、緩衝液濃度、Ph值、樣品種類、DNA分子長度、以及外加電場矢量特性等因素的對應關係；在此基礎上，還發現了幾種新現象：非連續電場力作用下，DNA分子穿越微通道時，電流的時間特性曲線有6種，統計分析表明所有正向的電流回響出現的機率大於相對應的負向電流回響；當輔助電極有效面積大於工作電極時，電流回響隨外加電壓的增加由負向反轉到正向，該現象是由電極表面電荷積累產生的禁止場與外加電場之間的競爭效應引起的；DNA分子穿越微納通道時的運動方向也存在反轉現象，即，當外加電場小於閾值電場時，DNA分子在通道內的運動方向與電場方向一致，而當外加電場大於閾值電場時，其運動方向與電場方向相反。這些新現象及其機制，對於闡明DNA分子穿越微納米通道的詳細機制具有重要意義，而且，對於微納流控晶片以及生物感測器的微型化、精確化具有實際套用價值，能用於精準操縱生物單分子，進而揭示生物大分子、藥物分子之間作用機理。
