利用纳米纤维网层减慢DNA通过纳米孔传输速率的研究

Solid-state nanopore sequencing is the promise one of the third generation sequencing technique. The high DNA translocation speed through the pores is one of the challenges in this field. In order to overcome this problem, we plan to utilize a hybrid structure of nanopore-nanofiber mesh to slow down the DNA translocation speed, and study the interaction effect between the DNA molecule and the nanofiber and the pore inner face. This project will be carried out in this procedure: (1) We fabricate the nanopore-nanofiber mesh device, and then perform the DNA translocation experiment; (2) By modifying the viscosity and ionic density of the electrolyte, we study the DNA translocation speed in the nanopore-nanofiber strcture; (3) We investigate the DNA movement by reversing the external voltage in the hybrid structure. In all, by incorporating a nanofiber mesh layer on top of the membrane surface, this program intends to realize the effective regulation on the DNA propagation in the nanopore. It will provide a necessary method and tool for studying the DNA molecule characteristics, and obtain the important experimental data for development of nanopore DNA sequencing technique.

固体纳米孔单分子技术是最有希望实现的第三代DNA测序技术之一，但DNA通过纳米孔的速度过快是固体纳米孔DNA检测技术中的一个难题。本课题提出三维纳米纤维网和纳米孔复合结构，减慢DNA通过纳米孔的传输速度，并开展DNA分子与纳米纤维网和纳米孔之间相互作用机制的研究。具体研究内容主要包括：（1）制备纳米孔-纳米纤维网复合结构器件，研究DNA分子的运输行为；（2）改变电解液条件，研究不同粘度和离子浓度的室温离子液体在三维复合结构下对DNA穿孔速度的影响；（3）在复合结构中，外部电流反馈系统对于DNA运动速度的影响。本项目通过在不同电解液条件下的三维复合结构，实现对于DNA运动速度的控制，将为研究单个DNA分子属性提供必要的方法和工具，也为纳米孔DNA测序技术的开发提供重要的实验数据基础。

固体纳米孔单分子技术是最有希望实现的第三代DNA测序技术之一，DNA通过纳米孔的传输行为在测序过程中起重要作用，但是通过纳米孔的速度过快是该技术中的一个难题。研究DNA分子在纳米孔入口附近的传输过程，通过优化纳米孔体系的物理结构和电场分布，解开DNA分子的缠绕状态，降低DNA分子的运动速率，对该技术的发展具有重要意义。本项目提出微纳米网格和纳米孔垂直集成的新结构，一定电压下，微纳米网格解开DNA 缠绕并形成线性状态，从而克服纳米孔对较长DNA 分子形成的大熵势垒。为了实现这个目的，我们展开的工作有：（1）用脉冲电流法制备纳米孔，再从从理论上研究纳米孔的形状和表面电荷对离子电流的调制作用；（2）在纳米孔附近生长ZnO纳米线阵列，制备纳米线-纳米孔复合结构；（3）制备三维纳米纤维网和纳米孔复合结构，减慢DNA通过纳米孔的传输速度，并开展DNA分子与纳米纤维网和纳米孔之间相互作用机制的研究；（4）改变电解液条件，研究非对称离子浓度溶液在三维复合结构下对DNA穿孔速度的影响。在该项目的支持下，我们制备出石墨烯纳米孔，并能用此孔识别20个长度的单一碱基分子。..本项目顺利展开，通过在不同电解液条件下的三维复合结构，实现对于DNA运动速度的控制，为研究单个DNA分子属性提供必要的方法和工具，也为纳米孔DNA测序技术的开发提供重要的实验数据基础。