DNA与羧化PS纳米小球在外加电压下通过微纳通道的电流特性研究

摘要

在微纳芯片和生物传感器的实际应用中，利用微流体通道电场力驱动操作并分析单个生物大分子的特性，可以准确、灵活地实现对单分子的控制。本文基于三电极体系，系统地研究了电场力驱动下DNA及PS纳米小球穿越微纳通道(内径10μm，5μm，500nm，200nm，100nm)时的特征电流信号。研究发现微纳通道尺寸、溶液pH以及缓冲液浓度都会影响微纳流的电流响应信号，并且出现临界电压的现象。这些对于微流控技术与设备的改进以及信噪比的提高有着重要的意义。本文的主要内容及结论包含以下几个方面:
　　(1)实验发现，不同尺寸通道均有相同的电流现象，即:初始电流响应有瞬态上升值与瞬态下降值，而后随时间改变最终趋于稳定。理论分析认为是电极极化以及双电层影响下的电渗流共同作用的结果。
　　(2)研究了DNA分子/PS纳米小球溶液在微/纳通道的电流信号。当通道内只加入纯的TBE溶液时，电导并不是随通道直径减小而单调递减，而是在亚微米尺度随通道直径的减小而增加。实验观察到200nm通道在外加电压20mV时的电导瞬态下降现象。当DNA分子或PS纳米粒子加入时，通道尺寸效应引起的电导规律也不同。
　　(3)通过对加入λ-DNA和羧化PS纳米小球在不同尺寸的通道、不同偏置电压、缓冲液浓度、pH等的电流响应进行研究，利用表面电荷、电渗流及双电层的有关理论分析了上述条件对电流信号影响的机理:发现临界电压随着缓冲液pH、通道尺寸的增大而减小，随缓冲液浓度的增加而增大。pH对信噪比的影响:pH越大，信噪比越低。
　　(4)在100nm通道中，随着pH的增加，稳定电流I也随之增大。临界电压随着pH的增加而减小;随着缓冲液浓度的增加，临界电压反而越小。在外加电压小于临界电压Uc时，随着电压增加，稳定电流绝对值反而减小。
　　通过对电流响应信号与临界电压的分析，进而探讨DNA、PS纳米小球在通道中的运动特性，有助于研制具有特殊功能的微/纳米通道流体传感器和生物芯片。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 微流控单分子检测基本理论

1．2．1 微流控检测设备

1．2．2 微纳流体电动驱动理论

1．3 国内外研究现状

1．4 本论文研究内容及意义

1．4．1 文章主要研究内容

1．4．2 研究意义

1．4．3 研究创新点

第二章 微米及亚微米不同通道尺寸中电压-电流关系

2．1 引言

2．2 实验方法

2．2．1 实验设备

2．2．2 实验参数

2．2．3 实验步骤

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 在不同通道尺寸中的电压-电流关系

2．3．2 通道尺寸对电导的影响

2．4 本章小结

3．1 引言

3．2 实验方法

3．2．1 实验设备

3．2．2 实验参数

3．2．3 实验步骤

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 临界电压

3．3．2 pH及缓冲液浓度的影响

3．3．3 通道尺寸

3．3．4 噪音信号的分析

3．4 本章小结

第四章 100 nm通道中λ-DNA分子的电流信号特性研究

4．1 引言

4．2 实验方法

4．2．1 实验设备

4．2．2 实验参数

4．2．3 实验步骤

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 电压-电流关系

4．3．2 pH与浓度影响

4．4 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的科研成果

致谢