1、 带电聚合物论文：带电聚合物穿越内嵌表面电荷的微纳矩形通道的理论研究【中文摘要】带电聚合物分子穿越微纳米通道在生物系统中无处不在,近些年来,随着对生物大分子穿越微纳米通道的理论和实验的深入研究,研究者提出的一种基于微纳米通道的 DNA 线性测序策略可能会成为解决目前基因测序难题的有效手段。数十年来,尽管国内外学者在与微纳米通道相关的研究领域取得了非常好的研究成果,但如何保证单链 DNA 分子线性稳定低速穿越微纳米通道一直是悬而未决的技术难点,而这点成为能否实现微纳米通道 DNA 测序策略的关键。本文利用电磁场理论、水电动力学模型结合 MATLAB 的 PDE 工具箱,系统研究了带电聚合物分子穿
2、越内嵌表面电荷的微纳米矩形通道动力学过程,具体研究内容包括以下两个部分：(1)多条件因素下微纳矩形槽空间电势分布；(2)多条件因素下带电聚合物分子穿越微纳矩形槽的时空过程。研究结果表明通道表面电荷密度、电解质溶度以及矩形微通道高宽比可成为带电聚合物穿越内嵌电荷的矩形微纳米通道速度调控的有效手段,并为基于纳米通道 DNA 测序策略的研究提供一定的理论依据。【英文摘要】The translocation of polyelectrolyte through micro/nano channels is a ubiquitous process in biology. With the depth
3、theoretical and experimental research, in the transport of polyelectrolyte through a micro/nano channel, one emerged-DNA sequencing strategy, based on DNA across micro-nano channel, may be become an effective means to solve the problem of current gene sequencing. In past decades, despite domestic an
4、d foreign scholars have made good research in this field, one of the key to the linear micro/nan.【关键词】带电聚合物 微纳米通道 双电层 水电动力学模型 Navier-Stokes 方程【英文关键词】Polyelectrolyte Micro/nano channel double electrical layer hydroelectrical dynamics model Navier-Stokes equation【目录】带电聚合物穿越内嵌表面电荷的微纳矩形通道的理论研究 致谢 5-6 中文
5、摘要 6-7 ABSTRACT 7 1.引言 10-17 1.1 聚合物穿越微纳米通道的研究概况 10-16 1.1.1 聚合物穿越微纳米通道模拟的理论模型 11-15 1.1.2 聚合物穿越微纳米通道模拟的理论模拟进展 15-16 1.2 本论文的主要工作 16-17 2 微纳米尺度下动电模型及数值方法 17-25 2.1 双电层理论 17-19 2.1.1 双电层的形成 17 2.1.2 双电层的模型 17-19 2.2 数学模型方程 19-22 2.2.1 POISSON-BOLTZMANN方程 19-20 2.2.2 流场控制方程 NAVIER-STOKES 方程 20 2.2.3 微
6、纳尺度流动的数值模拟 20-22 2.3 MATLAB 的 PDEI 具箱 22-24 2.3.1 PDE 工具箱解偏微分方程的步骤 22-23 2.3.2 PDE 工具箱解偏微分方程的流程图 23-24 2.4 本章小结 24-25 3 矩形微纳通道内部电势分布研究 25-34 3.1 模型建立及网格化 25-27 3.1.1 矩形微纳通道的模型建立 25-26 3.1.2 矩形微纳通道的模型网格化 26-27 3.2 模拟结果与分析研究 27-32 3.2.1 内嵌电荷表面电荷密度为零时,通道内部电势分布图 28-30 3.2.2 内嵌电荷密度不为零时,通道内部空间电势分布 30-32 3
7、.3 结果与讨论 32-34 4.带电聚合物在矩形微纳米通道内部的运动研究 34-42 4.1 模型建立及网格化 34-37 4.1.1 带电聚合物穿越矩形微纳通道的模型建立 34-36 4.1.2 带电聚合物穿越矩形微纳通道的模型网格化 36-37 4.2 模拟结果与讨论 37-41 4.2.1 内嵌电荷密度为零时,DNA 穿越微纳米通道的研究 37-39 4.2.2 内嵌电荷密度不为零时,DNA 穿越微纳米通道的研究 39-41 4.4 结果与讨论 41-42 5 结论与展望 42-44 5.1 结论 42 5.2 展望 42-44 参考文献 44-47 附录 A 47-48 附表 1 48-51 附表 2 51-54 作者简历 54-56 学位论文数据集 56
