纳米通道中生物分子识别与酶反应动力学研究

蛋白质/酶等生物分子的尺寸在10 纳米以内，将其组装在具有相近尺寸的纳米通道中其单分子行为更为显著，纳米通道的尺寸效应和强表面电场特征将对生物分子的界面定向、空间构象及生物活性产生严重的影响。基于以上思考，本项目将在研制不同尺寸的纳米通道的基础上，建立纳米通道表面功能化修饰、酶等生物分子的组装方法，研究纳米通道的特殊行为，构建基于纳米通道的功能化器件；通过研究纳米通道几何尺寸、表面性质与溶液性质等参数对酶反应动力学及分子识别的影响，建立纳米通道中酶反应动力学模型以及分子识别器件。研究成果将为认知生命体系中的生化反应过程乃至生命活动进程提供理论依据。

本项目在单纳米通道和阵列纳米通道可控制备方法建立的基础上，从理论上探索通道结构与表面性质对介质输运的影响，开展了该微纳流控系统中酶反应动力学的研究，取得了系列研究成果。已发表SCI论文18篇，获授权发明专利4项。部分成果获2011年高等学校科学研究优秀成果奖（自然科学奖）一等奖。.提出了紫外光刻蚀法在微流控芯片上可控制备单纳米通道的制备方法、胶体纳米粒子自组装法和电化学阳极刻蚀法制备阵列纳米通道的新方法。从理论上探索了通道表面结构和性质对电泳分离的影响，发现了通道表面性质是引起电泳峰展宽的主要因素。揭示了表面电荷效应是影响限域纳米通道中质荷输运的主要因素，依次揭示了限域于纳米通道中氨基、羧基及蛋白质分子的质子化与去质子化过程与宏观体系迥异的特征。同时，利用纳米通道的电荷排阻效应，在微纳流控芯片上实现了蛋白质的高效富集、反应与纯化，发现了纳米通道尺寸对限域纳米通道中酶反应的显著影响，以及限域条件下酶反应动力学机制随流体流速的影响。