基于纳米孔测序的磁镊微控系统设计与制造

发布时间：2020-10-10 12:37

　　 基于纳米孔的第四代DNA测序技术是目前最有可能实现常规化基因疾病诊断治疗手段。纳米孔芯片为DNA测序实验的核心器件,实现DNA分子占位信息到离子电流的转化传感器;而磁镊是控制简化DNA复杂过孔行为的有效手段。由此本文所做的主要工作有两方面:(1)基于动力学校对机理的固态纳米孔测序技术,本文设计了全新结构的纳米孔芯片,在氮化硅/氧化硅/氮化硅(Si_3N_4/SiO_2/Si_3N_4)三明治结构层的基础上,增加了氧化硅/氮化硅(SiO_2/Si_3N_4)双牺牲层,在减小悬空薄膜应力的同时还能通过增加电容来有效降低测序噪声,通过热应力计算确定各层薄膜的厚度,避免在生产过程中薄膜的破裂。利用微机电系统(micelectromechanical systems,NEMS),制定三明治结构薄膜芯片的工艺流程,包括低压化学气相沉积,多次光刻,反应离子束刻蚀,湿法腐蚀等技术,得到高质量的悬空三明治结构薄膜。进一步对此工艺制造的薄膜进行聚焦离子束(FIB)刻蚀,用蔡司的氦离子显微镜制造得到直径约5nm的纳米孔。(2)以双面拉伸DNA为目的设计并搭建了一套双面磁镊微控系统,磁镊脱胎于双面探针台,包括磁路系统,磁针操纵器,显微成像系统,样品液池,屏蔽笼等。并对其进行了单双磁极控制磁珠的实验,证明这套磁镊系统能完成在10μm数量级的距离内通过人为调整微操纵器以控制单个磁珠,实现从厘米→毫米→微米→纳米的控制链;用ANSYS对磁场环境进行模拟分析,解释磁珠在溶液中的运动行为。并且在存在磁极的环境中进行DNA过孔实验,分析过孔电流时间特性,分析磁镊对DNA过孔实验的影响。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH77
【部分图文】：

东南大学硕士学位论文目前所使用的生物纳米孔有 -hem菌分泌的蛋白，可以自发地进入磷脂通道，如图 1.1 所示与 DNA 分子olysin 纳米孔测得 DNA 过孔的电流外切酶剪切成单个碱基后用此纳米孔，使用寿命有限等缺点也限制了此类

片的制备技术已然成熟[21-23]，但是使用其做 DNA身的熵屏障以将其捕获进纳米孔中需要强电场的，维持原有的高强度电压会导致不可控的过孔速度弱相互作用，在相同的电压下，这个速度更是达测试的电子带宽为 25MHz，在这个带宽下，将会以区分 DNA 的各个部分。由于这个局限的存在，用，需要发展一个新技术来减慢 DNA 移动速度，大量纳米孔测序。[26, 27]、二硫化钼（MoS2）[28, 29]等二维纳米孔器件厚度与单个碱基尺寸相当，理论上可以实现单个碱还需要转移等工艺，难以实现薄膜的量产及薄膜质且 DNA 分子会粘附在纳米孔表面和过孔噪声过大状

设计了双纳米孔结构薄膜芯片，这一个氮化硅（ i ）-氧化硅（ i ）-氮化膜紧挨着硅片衬底。在此三明治结构上加工腐蚀掉中间氧化硅的一部分，如图 2.1（a）单链 DNA 被拖入这样一个双孔薄膜结构中 DNA 在第一个氮化硅纳米孔中形成时，会化体被拖到第二个纳米孔时，如果它是完次出现类似的电流特性；如果短探针不匹配第二个孔中将不会见过杂化体产生的信号靠近硅衬底的氮化硅薄膜的厚度设计为上也相应会减小。以上三明治结构为用于测序加信噪比利于后续的数据分析，在结构层小电容。在 i 表面沉积 150nm 厚度的 层统称为牺牲层，是为了达到降噪目的或
【参考文献】

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1 沈轶;胡钧;;单分子力谱测量方法及其在生物学中的应用[J];核技术;2012年01期

2 张兴华;肖彬;侯锡苗;徐春华;王鹏业;李明;;用单分子磁镊研究顺铂导致的DNA凝聚[J];物理学报;2009年06期

3 王晓玲;张兴华;魏孔吉;孙博;李明;;一种改进型单分子操纵装置及其应用[J];物理学报;2008年06期

本文编号：2835203