单DNA聚合物链穿孔及在单离子束驱动下动力学性质研究

摘要

生物大分子的力学属性对生物进程非常重要，同时大分子穿孔在生物体中也是无处不在，这二者目前引起了生物和物理学家的兴趣，也是生物物理学家的研究热点之一。本研究主要包括：DNA结构稳定性的溶剂效应；聚合物链穿孔的统计力学以及单离子束与单DNA分子相互作用的唯象能量理论初步。目的是为了研究DNA生物大分子在外界扰动下的动力学。
　　 第一部分：主要讨论了基于单分子探测和一般性结构模型上DNA分子的结构稳定性的溶剂效应，我们使用原子力显微镜和荧光技术研究了DNA分子在不同Na+浓度下的断裂情况，研究表明DNA的结构稳定性是满足Debye-Hückel理论。
　　 第二部分：为了研究聚合物链穿孔统计力学，在建立了聚合物链扩增理论基础上研究了聚合物链穿越纳米孔的统计力学性质，并研究了DNA穿孔的穿孔时间以及平均穿孔速度，理论结果和前人的实验数据极好的保持了一致；在此基础上对纳米技术与荧光技术结合开发新一代新型准确的DNA序列测序方法的测序策略进行了探讨。单离子束无疑在未来可成为新型单分子操纵手段，建立了单离子束粒子与单DNA分子相互作用的唯象能量理论模型，这对单分子生物物理学以及辐射生物学研究具有积极意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1单分子生物物理学研究

§1.2聚合链穿孔动力学研究现状

§1.3单离子束装置研究及其发展趋势

第二章高分子聚合物链模型和DNA分子结构

§2.1典型的高分子链理论模型

§2.1.1高分子链高斯理论模型

§2.1.2高分子链自由连接杆模型

§2.1.3高分子链虫链模型

§2.2DNA分子结构

§2.2.1 DNA分子结构研究方法

§2.2.2 DNA的双螺旋结构

§2.2.3 DNA的基本结构单元

第三章单分子检测技术及DNA结构稳定性的溶剂离子效应

§3.1单分子检测技术

§3.1.1单分子成像技术

§3.1.2单分子操纵技术

§3.2单分子检测在DNA和离子通道研究中的应用

§3.2.1 DNA研究中的单分子检测

§3.2.2离子通道、高分子链纳米孔穿越研究中的单分子检测

§3.3 DNA结构稳定性与阳离子浓度关系

§3.3.1 DNA的弹性理论

§3.3.2 Debye-Huckel离子互吸理论

§3.3.3 DNA的长度频率分布：阳离子效应

第四章聚合物穿孔的实验研究和统计力学性质

§4.1 DNA穿孔的基本实验方法

§4.2聚合物链物理中的数学方法

§4.2.1马尔可夫链的转移概率

§4.2.2自由能和熵

§4.2.3格林函数和配分函数

§4.3聚合物链穿孔的理论模型及扩增模型

§4.3.1聚合物链扩散理论

§4.3.2聚合物链熵垒理论

§4.3.3聚合物链扩增模型

§4.4聚合物链穿孔结构相变

§4.5 PEM模型下穿孔时间

§4.6 PEM模型下聚合物链平均穿孔速度

§4.7短聚合物链穿孔问题

§4.8聚合物链-孔相互作用

§4.8.1电场力和流体动力

§4.8.2聚合物链孔互作用唯象位能

§4.8.3唯象位能模型应用

§4.9离子束纳米技术在DNA测序方法中应用

§4.9.1离子束固态纳米孔操纵技术

§4.9.2新型DNA测序策略探讨

第五章离子束粒子与单DNA分子相互作用的初步研究

§5.1双链DNA分子形变能

§5.2 DNA分子碱基堆积能

§5.3作用于DNA分子的外力场

第六章全文总结

参考文献

博士期间发表文章

会议(口头报告)

致谢