1257 / 2023-03-19 18:13:55

纳米通道内的DNA摩擦学行为研究

自然界中，纳米通道内的物质输运是高效率的能量转换、信息传输和物质合成的基础，其相关器件在能源、健康和信息等领域具有巨大的应用潜力。例如，基于纳米孔输运的单分子传感器，不仅帮助实现了新一代的基因测序，在DNA、RNA和蛋白质等分子检测方面也展示出独特的优势。纳米通道内的物质输运行为（纳流体学）以及通道内生物分子的摩擦学行为近年来也成为机械、物理、化学、生物等学科重点关注的领域。纳米尺度下，由于难以通过光学显微镜直接观测到流体内的输运现象，流体中生物大分子的运动表征难度极大，输运理论也存在空白。其中，最重要的过程之一是DNA在纳米通道的输运及其摩擦学行为，理解DNA的受力和运动过程对DNA测序和纳米孔传感的发展具有重要意义。本研究中，设计并制备了基于DNA纳米结构的分子尺，首次实现了DNA通过纳米孔的速度变化的直接定量测量，并结合分子动力学分析，解释了DNA所受的摩擦力的变化，给出了此过程中的动力学模型。研究还首次发现了在非对称的纳米通道中，DNA所受到的摩擦力的非对称性，为主动控制DNA的摩擦提供了一种方法。研究对理解纳米通道内DNA的摩擦学行为、开发纳米孔传感器和DNA测序技术具有重要的意义。