项目名称: 微纳米网格和纳米孔垂直集成结构减少DNA通过纳米孔熵势垒研究

项目编号: No.61471336

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 无线电电子学、电信技术

项目作者: 王德强

作者单位: 中国科学院重庆绿色智能技术研究院

项目金额: 80万元

中文摘要: 基于纳米孔(直径为几个纳米的小孔)的测序技术是下一代DNA测序技术的重要候选者,DNA通过纳米孔的传输行为在测序过程中起重要作用,但在纳米孔入口附近的传输机制还不详。前期研究中,我们通过离子电流方法观察到DNA阻塞纳米孔的现象。为此本项目提出微纳米网格和纳米孔垂直集成的新结构,一定电压下,微纳米网格解开DNA缠绕并形成线性状态,从而克服纳米孔对较长DNA分子形成的大熵势垒。首先,建立物理模型,研究微纳米网格结构的大小、形状以及表面属性对于DNA线性化和传输行为的影响机制;其次,通过微细加工技术制作出设计优化后的微纳米网格和纳米孔集成结构;最后,进行结构测试和原理实验验证。将理论和实验相比较,进一步揭示DNA阻塞纳米孔的物理机制,有效降低DNA通过纳米孔的熵势垒。研究成果将为基于纳米孔的DNA测序技术研究、蛋白质和长链聚合物检测等领域的实际应用提供必要的理论依据、基础实验数据和技术储备。

中文关键词: 核酸检测;核酸分子信息;基因测序;分子检测;分子识别

英文摘要: The nanopore device (holes with few of nanometers in diameter) is a promising technology for next-generation DNA sequencing. The behaviors of DNA translocations through nanopore have been well studied. However the mechanism of DNA translocation is not very clear in the vicinity of nanopore entrance. DNA could clog nanopores according to previous experimental results. This project proposes one novel integrated device combining micro-nano mesh and nanopore, thus eliminating DNA obstruction of nanopore. Firstly, we will establish a physical model to explore the mechanism of DNA blocking nanopore. Then the interaction will be simulated between DNA and integrated device. The optimized device can be fabricated with semiconductor nanofabrication processes. Lambda DNA will be driven through the integrated device by external voltages. According to the theoretical and experimental results, we will reveal the mechanism of DNA blocking nanopore. This project will pave the way for developing the next-generation DNA sequencing technology based on nanopore. It will also provide the theoretical supports and basic experimental data for the detection of protein and other long-chain polymers.

英文关键词: Nucleic acid detection;Nucleic acid molecular information;Gene sequencing;Molecular detection;Molecular recognition

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