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本论文从介绍DNA测序技术开始,介绍了纳米孔及基于纳米孔的新一代测序技术,分析了利用固态纳米孔测序所面临的问题和挑战。为了解决基于离子电流策略的DNA测序技术的空间分辨率问题,制备超薄的纳米孔是一个必备条件。本论文详细介绍了基于石墨烯,氮化硼和二硫化钼薄膜的超薄纳米孔的制备及其对DNA的检测。另一方面,本论文还利用传统氮化硅纳米孔研究了抗癌药物顺铂和DNA的相互作用过程及其动力学。具体来说,本论文主要介绍了超薄孔的制备,双链和单链DNA的探测,超薄孔的性能,氮化硅纳米孔的制备及利用氮化硅纳米孔对DNA和顺铂的相互作用的研究。 本论文首先介绍了氮化硅纳米孔的制备及其在DNA检测方面的应用。氮化硅纳米孔的制备过程主要分为:涂胶,光刻图形转移,反应离子刻蚀,氢氧化钾湿法刻蚀和透射电镜打孔这五步。利用氮化硅纳米孔探测到了大量DNA及DNA折纸的穿孔信号。氮化硅纳米孔的亲水性,电容和噪声性能得到了分析和讨论。此外,本论文还提出了改善氮化硅纳米孔性能的方案。 为了获得更高的分辨率,本论文制备和研究了基于石墨烯,氮化硼和二硫化钼薄膜的超薄纳米孔。超薄纳米孔的制备主要分为:薄膜的生长,氮化硅支撑窗口的制备,薄膜的转移和TEM打孔这几步。进一步地,本论文在这三种超薄薄膜上制备出了亚2纳米的超薄纳米孔,产率大于50%,这对实现DNA碱基分辨具有重要的意义。在所制备的超薄纳米孔中,大量单链和双链DNA的穿孔信号被探测到。本论文发现氮化硼纳米孔与DNA有较强的相互作用,能够降低DNA的穿孔速度。本论文还对超薄纳米孔的亲水性,电容和噪声性能等进行了分析和比较。此外,为了降低超薄纳米孔的噪声,本论文还提出了一种新型的基于碳化硅衬底的石墨烯纳米孔的制备方案并在此方案的基础上进行了一定的探索实验。 顺铂是最早被发现的铂类抗癌药物并被广泛应用于临床。研究顺铂药物和DNA的相互作用过程及其动力学对其抗癌机理的揭示和新型抗癌药物的设计具有重要的意义。本论文利用氮化硅纳米孔研究了DNA和顺铂的相互作用。依据DNA-顺铂复合物的捕捉率可以将DNA-顺铂的相互作用过程划分为三个阶段:DNA去电荷,DNA软化和DNA凝聚。在第一阶段,带正电的顺铂分子与带负电的DNA相结合形成单臂结合物,使DNA的线电荷密度降低。这一阶段,DNA的捕捉率降低。第二阶段,部分DNA-顺铂单臂结合位点上的顺铂与邻近的G或A碱基通过另一未结合的臂结合,形成双臂加合物,使DNA发生弯折,驻留长度降低。驻留长度降低,DNA变软,则DNA的流体力学半径也相应的降低,从而导致这一阶段的DNA捕捉率升高。在第三阶段,第二阶段中未反应的单臂位点的顺铂能与较远处的G或A碱基结合形成复杂结构,并使DNA发生凝聚,等效直径增加。在这一阶段,DNA的捕捉率再次降低。 最后,本论文就基于离子电流策略的固态纳米孔测序技术进行了展望。分析了目前这一技术存在的三大难题(空间分辨率,噪声和时间分辨率)及其可能存在的解决方案。