基于纳米孔的DNA单分子检测时间分辨率研究

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我通过实验和模拟揭示了在纳米孔DNA检测实验当中所观测到的时间展宽背后的物理机制。发现DNA穿孔展宽分布是和DNA起始穿孔时分子链自身的分布形状有密切关系。通过自由铰链穿孔模型预测在DNA穿过纳米孔的过程当中,由于其每一瞬时所真正拉动有效分子链长度都在随时间不断变化,从而使其穿孔速度会有很大的涨落,这样的速度涨落和分子链在穿孔时逐渐被拉直的这一物理过程是直接相关的。而正是每一个准备穿孔的DNA分子的准平衡态链形状有很大的不确定性导致了这些分子最终在穿孔时间上的展宽分布。由于链形状分布所造成的速度不确定度和分子布朗运动所造成的运动不确定度可以由Langevin方程所共同描述。虽然布朗运动由于受观测仪器分辨率的问题很难观测到,但它对最终测序的影响可以通过计算进行很好的把握同时提出解决方案。我把压强作为一种区别于电场的新驱动引入到纳米孔实验当中,从而首次将纳米孔DNA探测当中探测信号的来源和分子驱动力的来源区分开。通过压强驱动电场作反作用力,DNA的穿孔速度可以比目前最低标准再慢一个量级。在电场力和压强作用力在孔内基本达到平衡的时候,穿孔事件相对于之前的直接穿孔变成了流浪不定,进而DNA分子在纳米孔中的布朗运动被第一次直接观测到。
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