胶体微球受控自组装形成的周期性纳米孔洞阵列中生物分子分离与输运性质研究

现代蛋白质组学、基因组学、系统生物学和基于蛋白质的生物材料的发展要求一种微型化连续工作的高效低成本、高通量及高分辨率的生物分子分离与提纯系统。本课题拟开展以胶体微球受控自组装形成的高质量胶体晶体作为分离基质，对不同生物分子（DNA和蛋白质）进行分离和提纯，完全不同于以无规纤维网络作为分离基质的传统凝胶分离系统。研究内容为高质量大尺寸的胶体晶体的受控自组装技术和机理；胶体晶体与微流控技术结合获得高效、高通量、高分辨率生物分子分离和提纯器件；生物分子在规则纳米孔洞阵列中的输运性质，建立理论模型并指导器件的设计与优化。该课题是结合纳米基元受控自组装技术与生物分子的输运性质，发展一种高效且低成本的纳米生物材料与器件的制备新技术，不仅能够揭示受控自组装过程的机制以及发展可控自组装新方法，而且以功能为导向的纳米生物器件将在生物分子分离与提纯、生物传感和探测及生物材料等高新技术领域有重要实用价值。

现代蛋白质组学、基因组学、系统生物学和基于蛋白质的生物材料的发展要求一种微型化连续工作的高效低成本、高通量及高分辨率的生物分子分离与提纯系统。本课题研究了胶体微球受控自组装过程，形成了的高质量胶体晶体晶须，其中核壳结构和二元硬球体系作为重点研究了其组装机制和裂纹机制。以高质量的胶体晶须作为分离基质，集成在微流控分离通道中，对不同生物分子（DNA 和蛋白质）进行分离和提纯，获得高效、高通量、高分辨率生物分子分离和提纯器件。同时建立多物理场耦合模型研究生物分子在规则纳米孔洞阵列中的输运性质，并指导器件的设计与优化。基于结构色胶体晶须（光子晶体带隙位于可见光范围）集成在微流控通道中制备可视化生物分子分离器件。本项目结合纳米基元受控自组装技术与生物分子的输运性质，发展了一种高效且低成本的纳米生物材料与器件的制备新技术，不仅能够揭示受控自组装过程的机制以及发展可控自组装新方法，而且以功能为导向的纳米生物器件将在生物分子分离与提纯、生物传感和探测及生物材料等高新技术领域有重要实用价值。