项目名称: 微梁上DNA生物膜的界面效应研究

项目编号: No.11272193

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 张能辉

作者单位: 上海大学

项目金额: 95万元

中文摘要: DNA吸附或杂交引起的微梁变形机理是开放性难题,也是制约无标记DNA-微梁传感器技术市场化重要因素。本项目考虑DNA吸附和杂交过程中热、电、化、力学因素,利用非局部密度泛函理论、非线性Poisson-Bolzmann方程和Langmuir吸附定律,捕捉固-液界面处DNA生物膜非均布纳观特征,形成合理离子浓度非均布假设;采用Yukawa吸引势和课题组提出的层合梁两变量方法,发展DNA生物膜自由能中观液晶模型,进而跨尺度建立DNA分子纳观几何特征、水合力等微观作用和生物膜中观自由能、宏观弹性模量、热膨胀系数以及微梁静态挠度、表面应力、动态频率之间的关系。主要创新点是考虑界面效应引起的物质分布非均匀性对于DNA链局部变形、生物膜热-电-化-力学性能、微梁整体变形的影响。期待给出反映固-液生物界面特性并揭示DNA-微梁纳米运动机理的多尺度模型,为芯片自组装表面处理、双梁技术、集成化制造等提供参考。

中文关键词: 微梁;DNA膜;界面效应;非均匀性;多尺度模型

英文摘要: The mechanism of microcantilever deformation induced by DNA adsorption or hybridization remains an open question, which hinders the marketization of DNA-microcantilever biosensor technology. Considering thermal, eletrical, chemical and mechainical factors in the process of DNA adsorption or hybridization, the plan is devoted to carpturing nanoscopic inhomogeneous property of DNA biofilm at solid-solution interface by nolocal DFT, nonlinear Poisson-Boltzmann equation and Langmuir adsorption isotherms,and providing reasonable inhomogenous assuptions of ion concentrations; to developing mesoscopic liquid crystal models for free energy of DNA biofilm by using Yukawa attractive potential,and two-variable method for laminated beams; to establishing multiscale relations among nanoscopic geometrical propety of DNA chain, microscopic interactions such as hydration force,mesoscopic free energy, macroscopic elastic modulus, thermal expansion coefficient of bioflim, and static deflection, surface stress, dynamic frequency of microcantilevers. The innovative point is that we consider the influence of matter inhomogeneity on local defomation of DNA chain, thermo-chemo-electro-mechanical property of biofilm and global deformatiom of microcantilever. The multiscale models containing special properties of solid-solution bio-inte

英文关键词: microcantilever;DNA film;interface effect;inhomogeneity;multiscale model

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