针对纳米孔中DNA降速的磁镊系统设计与搭建

作     者：孙海松 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：沙菁(?)

授予年度：2019年

学科分类：100208[医学-临床检验诊断学] 1002[医学-临床医学] 10[医学] 

主      题：磁镊 纳米孔芯片 DNA降速 

摘      要：基于纳米孔的第三代DNA检测技术是目前最有可能实现治疗基因疾病手段。DNA通过纳米孔速度过快阻碍得到更多碱基的有效信息,针对这一问题设计一套磁镊装置来减慢DNA通过纳米孔的速度,由此本文所做的主要工作有三方面:(1)以控制DNA在纳米孔中的运动速度为目的设计了磁镊装置。使用有限元软件模拟了磁场分布情况,对磁珠进行受力分析,确保磁场力能克服磁珠上DNA所受电场力。搭建了磁镊控制系统,以探针台为基础,主要包括磁路系统,膜片钳,微操纵器,CCD,液池,法拉第屏蔽笼,减震台,纳米位移平台等。(2)探究磁镊系统的关键技术,包括磁镊针尖尺寸的控制及线圈制作。分析纳米孔中Johnson噪声,气泡噪声,1/f噪声及电磁噪声的产生原因及降噪探究,提高得到过孔信息的信噪比。根据实验的需要设计噪声更小的三层结构SiN/SiO/SiN芯片,设计每层薄膜厚度需根据薄膜产生的应力,保证薄膜不会因为应力过大而破裂。确定工艺参数,使用LP-CVD沉积出三层薄膜结构,再使用光刻,RIE,湿法腐蚀等制造出悬空的SiN薄膜。使用FIB在SiN薄膜上刻蚀得到直径约25nm的纳米孔,为批量生产奠定基础。(3)进行磁镊系统控制DNA通过纳米孔速度的实验,降低DNA通过纳米孔的速度。首先使用PCR将DNA与生物素修饰的引物进行连接,使用苯酚-氯仿法对DNA进行提纯,去除酶蛋白质、短链DNA等物质。使用紫外分光光度计对DNA的纯度进行检测,凝胶电泳法检测是否含有短链DNA,确保可以用于下一步的实验,最终将提纯后的DNA与磁珠进行绑定。研究了磁珠与纳米孔,链霉亲和素与纳米孔的相互作用,不同电压下DNA与磁珠的脱离时间。使用磁镊操纵磁珠运动,结合纳米位移平台将DNA通过纳米孔的速度降低至5nm/ms。