纳米孔改进生物技术论文提纲

论文题目：基于固态纳米孔的单碱基检测及其噪声特性研究

摘要：随着人类社会的不断进步,进一步完善医疗体系,从基因层面出发对疾病的潜在发病风险做出预警和筛查是构建现代文明社会的一大重要议题。而其最重要的工具之一DNA测序技术发展至今,也已历经了三代技术变革。时至今日,基因测序技术不仅在读长方面得到大幅改进,其技术成本也随着研究的不断深入和拓展而大大降低。尽管如此,基因测序技术仍无法做到全方面的普及和大众化,其根本原因在于测序的效率仍然不高,且设备和材料所需的高昂费用仍不足以支持基因测序技术在临床中大范围应用。纳米孔DNA测序技术具有测序原理简单、技术上手难度低、测序效率高、读长不受限制以及成本低廉等独特优势。借助广泛存在于生物细胞中的生物质蛋白纳米孔,已经能够实现单碱基级别分辨率的DNA检测,但由于生物纳米孔的基本构架为多肽自组装产物,其测试条件相对复杂,这使得生物纳米孔在测序仪器集成化、小型化的研究趋势下逐渐显露其弊端。固态纳米孔构建于广泛应用的半导体薄膜材料之上,因此这一类纳米孔检测器件不仅能够与传统的半导体技术完美融合,其检测所需液态环境的理化条件也更为灵活。近年来二维材料发展迅猛,人们为追求更高的测序分辨率,逐渐将视线投向二维薄膜材料为基质的纳米孔器件。其中最为典型的代表就是石墨烯二维材料纳米孔。本文为探讨石墨烯纳米孔在具有单碱基空间分辨率的测序技术中的应用,从石墨烯纳米孔的加工新技术出发,研究了氦离子束直写系统在高效制备单层石墨烯纳米单孔方面的加工工艺,并且研究分析了石墨烯纳米孔的物理起伏,也就是石墨烯薄膜的自支撑区域大小对其噪声水平的影响,综合考虑空间分辨率、噪声特性和石墨烯纳米孔制备要求给出适宜的Si Nx衬底开孔尺寸。这将为石墨烯纳米孔测序器件的噪声特性研究提供理论支撑和实验依据。在石墨烯纳米孔应用方面,本文详细介绍了利用石墨烯纳米孔成功实现脱氧核苷酸均聚物检测和区分的实验结果和讨论分析,研究结果显示,结合室温离子液体体系,通过大体积有机阳离子BMIM+与DNA之间的缔合效应,能够成功识别脱氧核苷酸单体d NTPs。实验还讨论了利用不同孔径的石墨烯纳米孔对d NTPs检测结果的影响。

关键词：DNA测序技术;石墨烯纳米孔;氦离子束直写;噪声特性;自支撑区域;室温离子液体;单碱基识别

学科专业：测试计量技术及仪器

内容提要

摘要

abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 DNA测序技术发展历程

1.2.1 第一代DNA测序技术

1.2.2 第二代DNA测序技术

1.2.3 第三代DNA测序技术

1.3 纳米孔DNA测序概述及研究现状

1.3.1 纳米孔离子阻塞电流法DNA测序工作原理

1.3.2 纳米孔DNA测序研究现状

1.4 固态纳米孔加工技术概述及研究现状

1.5 DNA过孔速率减缓方法

1.6 纳米孔DNA测序技术亟待解决的问题

1.7 研究内容与组织框架

第二章 高精度石墨烯纳米孔制备技术研究

2.1 引言

2.2 自支撑石墨烯薄膜制备

2.2.1 基片制备

2.2.2 石墨烯转移及工艺优化

2.3 高精度石墨烯纳米孔的氦离子束直写工艺研究

2.3.1 氦离子束显微系统在微纳米加工中的应用

2.3.2 基于氦离子束直写技术的石墨烯纳米孔加工及其表征

2.4 本章小结

第三章 单层石墨烯纳米孔器件噪声特性及其优化研究

3.1 引言

3.2 纳米孔噪声理论

3.3 单层石墨烯纳米孔噪声特性研究

3.3.1 实验平台搭建及数据处理方法

3.3.2 单层石墨烯纳米孔低频噪声表征及分析

3.3.3 单层石墨烯纳米孔高频噪声表征及分析

3.4 单层石墨烯噪声特性优化研究

3.5 本章小结

第四章 基于石墨烯纳米孔的单碱基识别

4.1 引言

4.2 基于有机离子液体的易位速度减缓方法

4.3 基于单层石墨烯纳米孔的DNA易位实验及信号分析

4.3.1 膜片钳放大器检测平台搭建

4.3.2 DNA分子易位信号检测与分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 主要创新点

5.3 未来工作展望

参考文献

致谢