新型复合纳米孔道的构筑及其调控核酸易位速率研究

Solid nanopore sequencing technology as the emerging "fourth generation" of gene sequencing technology, has the advantages of low cost, long sequence readable, easy integration. However, the too-fast translocation rate is one of the key technology problems in this technology, resulting the false signals. In order to solve the above problem, this project focuses on constructing the composite nanopores, consisting of polymer-nanopores (as the nucleic acid translocation rate control pores) and graphene-nanopres (as the nucleic acid pores). Modifying different DNA structures (0-dimension, 1-dimension, 2-dimension and 3-dimension) onto the inner surfaces of the polymer nanopores, could be used to control the nucleic acid translocation rate, improving the accuracy of nucleic acid sequencing. In addition, to tune the environmental factors (pH, buffer, temperature), which affect nucleic acid translocation rate, will reduce detection noise, and improve the accuracy of nucleic acid sequencing. The implementation of the project, will benefit the development of screening of disease-susceptible population, identification of the disease-genes, high-throughput drug-design and testing, health cares and life sciences.

固态纳米孔道测序技术作为新兴的“第四代”基因测序技术, 具有低成本、高读长、易集成等优势。然而，该技术所面临的关键技术问题之一就是核酸在纳米孔道内的易位速率过快，而导致电化学信号无法区分出不同的单碱基，测序准确率不高。本项目面向基因测序所面临的关键问题，拟将高分子膜的功能化纳米孔道作为缓冲区间，与用于测序的单层石墨烯纳米孔道相结合，构筑新型复合纳米孔道。通过核酸探针的设计实现对新型复合纳米孔道内不同结构核酸探针（“0D”结构、“1D”结构和“3D”结构）的功能化修饰，调控核酸易位速率，提高核酸测序的准确性。并对纳米孔道测序过程中影响核酸易位速率的环境因素进行调节，降低噪音水平，提高测序稳定性。本项目的顺利实施，将对筛查疾病易感人群、鉴定致病基因、药物高通量的设计与测试等医药卫生事业的发展和生命科学的研究起到重要作用。

固态纳米孔道测序技术作为新兴的“第四代”基因测序技术, 具有低成本、高读长、易集成等优势。 本项目面向基因测序所面临的关键问题，利用无机纳米孔道（AAO）和金属有机框架化合物（MOF）共同构筑复合纳米孔道。由于纳米空间的限制作用，我们观察到了MOF在AAO孔道里原位生长的三个过程：成核阶段，快速成长阶段和减速增长阶段，同时可以从跨膜电流的变化可以得到证实。当MOF的尺寸与AAO孔道尺寸相匹配时，电流将不再变化，因此可以通过调节AAO孔道尺寸从70-300 nm来控制MOF晶体的尺寸。这一研究将提供了一种构筑复合纳米孔道的简便方法。另外，我们还将具有温度响应的聚合物PNIPAM修饰在AAO孔道内，通过原位聚合的方法，通过控制聚合物生长时间来调节聚合物链的长度，研究不同生长时段孔道内影响电流变化的因素。我们推测跨膜电流的变化是由两个因素相互作用引起的：一个是孔道本身的空间限制作用，另一个是修饰后聚合物分子亲疏水的变化。修饰时间0-2小时，不同阶段所受到的主导因素不同。修饰后的纳米孔道可以实现四种不同的电解液离子的区分，方法简单实用。