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基于基底修饰的液相下DNA分子操纵技术研究

刘子瑜  
【摘要】:DNA分子在生命各项过程中的核心作用使得针对DNA层面的研究具有极大的科学价值和现实意义。由于DNA本身独特的结构与功能特性,如何实现对单个DNA分子进行精准操纵成为当前DNA分子研究的热点及难点。传统的生物学研究手段基于大量样本,难以实现单分子纳米级成像和操纵,而以原子力显微镜为基础的纳米技术,具有纳米级空间分辨率和皮牛级力分辨率,被广泛应用于生物单分子的研究过程。本文利用原子力显微镜直接对DNA分子进行观测表征和机械力操纵。针对DNA分子本身的线性双螺旋结构以及溶液中的卷曲无规则分布而造成的成像困难,本文深入研究了DNA分子的弱电特性,搭建了电场操纵DNA分子模型;应用ANSYS软件分析DNA分子在电场中的受力情况,为后续实验提供理论基础。我们将离子修饰基底与直流电场作用两种手段相结合,有效解决了DNA分子在测试实验时的不稳定性和卷曲无规则分布的问题,并定量定性分析了离子浓度变化对DNA分子成像清晰度的关系。此外,通过使用原子力显微镜对液相下的DNA分子进行了成像以及粘附特性检测,研究了离子浓度和粘附力之间的关系。最后,通过研究机械力操纵下的DNA分子,实现了对DNA分子纳米精度的切割操作。实验结果表明,基于离子修饰的电场控制较好地改善并提高了DNA分子操纵成功率,为进一步的DNA分子研究提供了一种有效的手段和途径。


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