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《西北大学》 2019年
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聚苯胺纳米孔的制备及其在单分子检测技术中的应用

赵怡  
【摘要】:纳米孔单分子检测技术是一种操作简单、成本低廉、无需标记、灵敏度高、分析快速的单分子分析方法,目前已被广泛应用于蛋白质构象分析、酶动力学、金属离子等各种物质的单分子检测和分析中,并且该技术在快速基因测序技术上也显示出的巨大的应用潜力。其中,研究和应用最广泛的纳米孔检测器件主要为生物纳米孔和固态纳米孔。相对于生物纳米孔,固态纳米孔作为新兴的单分子检测器件,因具有稳定性好、孔径形貌可控化等优势成为热门的研究方向。如今,随着新材料的蓬勃发展,低成本、耐用性好、简易化、大通量的纳米孔基因测序器件的实际应用将成为可能。然而,作为一种新兴的测序技术,固态纳米孔在制造、工艺精度等方面也面临着诸多挑战,要得到制造成本低廉、稳定性更好、操作更简便、实用性更强的纳米孔单分子测序器件还需不断的攻克这些难关。基于此,本文从固态纳米孔出发,设计并合成了带有正电荷基团的聚苯胺纳米孔,以此构建了一种新型固态纳米孔传感器,并实现了该纳米孔器件对生物分子DNA在单分子水平上的分析检测。针对目前固态纳米孔传感器面临的挑战,本文主要开展了以下两个方面的研究:一、研究聚苯胺纳米管的制造工艺,采用模板法在多孔聚碳酸酯膜(PC膜)上制备聚苯胺纳米管,并首次将聚苯胺纳米管通过脂质体的包覆作用嵌插在磷脂双分子层膜中,由此建立了聚苯胺纳米孔单分子传感器。通过实验验证聚苯胺纳米通道对DNA的静电吸附作用能够减缓DNA的穿孔速度,同时也在单分子水平上对DNA均聚物poly(dA),poly(dT)和poly(dC)的穿孔信号进行了区分。二、由于以上实验中,磷脂膜稳定性较差,本文进一步研究了聚苯胺纳米孔的制备方法和应用。我们首次在单离子径迹PC膜上制备了不对称的聚苯胺纳米单孔,并将其应用于DNA穿孔行为的检测中。通过对DNA穿孔信号的振幅、滞留时间进行的统计,推测了不同条件下DNA与聚苯胺纳米孔的作用以及过孔状态。并由聚苯胺纳米孔对dsDNA和ssDNA的穿孔信号进行了区分。
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