基因芯片纳米力学行为的能量模型

摘要

本文利用能量法研究了无标记生物检测中基因芯片的纳米力学行为。首先,在考虑微悬臂梁机械能和基因层静电能、构型熵、渗透能的情况下,借助Strey通过实验得到的双链DNA(dsDNA)自由能的经验势,建立了DNA纳观几何、物理、化学特征以及芯片几何尺寸、宏观力学性能等因素与基因芯片总能量之间的关系。其次,利用能量最小原理预测了Wu实验中基因芯片的纳米挠度响应。数值计算结果与Wu的实验数据比较表明,芯片的弯曲挠度随着DNA链长的增长而增加,且数值结果与实验数据吻合良好;同时四层梁模型和两层梁模型的比较表明,金层和铬层对芯片纳米挠度的影响不可忽略。