單晶硅表面修飾及其納米力學(xué)行為研究.pdf

1、基于納米孔的第三代基因測(cè)序儀以及相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)對(duì)于保護(hù)我國(guó)自己的基因資源具有戰(zhàn)略意義。要實(shí)現(xiàn)該類(lèi)基因測(cè)序技術(shù)，目前存在的主要問(wèn)題：一是 DNA分子過(guò)孔速度過(guò)快，由于過(guò)孔速度過(guò)快，通過(guò)測(cè)試得到的過(guò)孔電流的特征來(lái)識(shí)別過(guò)孔的堿基還具有較大困難；二是四種堿基與生物納米孔壁相互作用機(jī)理尚不清晰，進(jìn)一步的研究表明，DNA堿基與納米孔孔壁之間的相互作用力越大，那么納流體中離子的熱運(yùn)動(dòng)就越小，而噪聲信號(hào)主要就來(lái)源于離子的熱運(yùn)動(dòng)，增加 DNA堿基與納米孔

2、壁之間的相互作用力有助于提高信噪比。因此研究DNA堿基與壁面的特異性作用對(duì)于第三代基因測(cè)序具有重大的意義。
　　本文對(duì) DNA兩種堿基的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，從機(jī)械特性出發(fā)，研究了單晶硅的納米力學(xué)性能，并以單晶硅為基體材料，實(shí)現(xiàn)DNA堿基生物分子的組裝，系統(tǒng)的研究修飾機(jī)理、固定率的影響因素以及受限條件下修飾表面的力學(xué)行為。
　　表征結(jié)果表明，腺嘌呤分子A和胸腺嘧啶分子T均有區(qū)別于其他堿基的特征性譜峰。接觸角測(cè)量結(jié)果顯示，硅基體完全

3、硅烷化的時(shí)間為30min左右；醛基化反應(yīng)在20min時(shí)初次形成完整的分子膜，并隨著時(shí)間延長(zhǎng)逐層生長(zhǎng)。DNA堿基鏈的活性氨基基團(tuán)與硅基體表面的醛基基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)從而固定在硅基體上。
　　熒光試驗(yàn)結(jié)果表明，影響熒光背景強(qiáng)度的四個(gè)因素中，硅烷化試劑的濃度影響最大，硅烷化時(shí)間影響最小。當(dāng)硅烷化和醛基化試劑濃度較低時(shí)，堿基A和堿基T的固定率隨著時(shí)間的增加均呈現(xiàn)線(xiàn)性增長(zhǎng)；當(dāng)試劑濃度較大時(shí)，堿基A和堿基T的固定率均出現(xiàn)極大值。當(dāng)探針的緩沖溶液pH

4、為弱堿性時(shí)，堿基固定率較大；探針點(diǎn)樣濃度為50μmol/L時(shí)固定率較高；在同一條件下堿基 A固定率高于堿基T。
　　單晶硅的納米力學(xué)研究結(jié)果表明：對(duì)于既定的最大加載力，隨著壓頭尖端半錐角的增大，單晶硅彈性回復(fù)率逐漸增大，而彈性回復(fù)量基本恒定；在同一實(shí)驗(yàn)條件下，相較于（100）晶面，單晶硅（111）晶面具有較小的硬度和彈性模量值；隨著最大加載力的增加，單晶硅壓痕周?chē)牧蠒?huì)出現(xiàn)堆積和表面隆起現(xiàn)象，壓痕的彈性回復(fù)量增大，塑性區(qū)的范圍隨著

5、加載力的增大而增大，出現(xiàn)明顯的尺寸效應(yīng)。
　　修飾面的力學(xué)行為研究結(jié)果表明：在大氣環(huán)境下，對(duì)于10nm以上的間隙，探針與硅片表面法向作用力受表面化學(xué)形態(tài)影響較??；在7nm以下間隙，經(jīng)堿基修飾后的表面與探針作用力明顯減小，且探針與堿基A和堿基T的作用力受加載速率的影響較大。隨著法向力的增加，探針與硅基體的橫向作用力增加，摩擦系數(shù)逐漸減小；探針與不同修飾條件下硅片表面產(chǎn)生了不同的相互作用力。此外，與堿基T相比，由堿基A修飾后表面所產(chǎn)生