固态纳米孔单分子技术是最有希望实现低成本快速读取DNA序列的方法,是第三代基因测序技术的核心。固态纳米孔DNA运动控制存在的主要难题为固态纳米孔的空间分辨率较低和DNA通过固态纳米孔的速度太快。为了解决这些难题,本文从有限元仿真和实验两方面研究控制DNA通过固态纳米孔运动的关键技术。本文主要的研究方法和工作成果如下:(1)利用多物理耦合仿真软件COMSOL Multiphysics对固态纳米孔DNA实验进行仿真,仿真结果表明:减小固态纳米孔薄膜的厚度、降低缓冲液的浓度以及增大固态纳米孔薄膜的负表面电荷密度可以降低DNA被固态纳米孔捕获的临界电压。固态纳米孔的电导率随着缓冲液浓度的升高而增加,纳米孔的I-V曲线在缓冲液浓度较低时会因为较强的表面电导效应而漂离零点。增加缓冲液的浓度和减小偏置电压可以降低DNA通过纳米孔的速度,但也会降低阻塞电流的幅值。(2)基于固态纳米孔模型仿真的结果,对固态氮化硅纳米孔的制备工艺进行优化。采用先对氮化硅薄膜进行减薄,然后使用FIB打孔的加工工艺,制备出孔径较小且性能优良的固态纳米孔,为实验打下坚实的基础。在不同浓度、不同偏置电压和不同缓冲液等条件下开展DNA通过固态纳米孔实验,研究DNA过孔的行为特征。研究结果表明,在0.1~1 mol/L的范围内,随着缓冲液浓度的增加,阻塞电流幅值增大,DNA的过孔速度减小;随着偏置电压的增大,阻塞电流幅值增加,DNA的过孔速度增大。缓冲液中正价离子与DNA的结合力越强,DNA通过固态纳米孔的速度越低。(3)探究链霉亲和素修饰的磁珠绑定生物素修饰的DNA的实验方法。对磁珠绑定DNA、纯磁珠和链霉亲和素与固态纳米孔相互作用时离子电流信号特征进行了分析,有利于实验现象的辨识。在不同偏置电压下进行磁珠绑定DNA通过固态纳米孔实验。实验结果表明,DNA通过固态纳米孔受到偏置电压作用的电场力和缓冲液的粘滞阻力,磁珠绑定DNA可以增大DNA受到的粘滞阻力,大幅度降低DNA过孔的速度。当偏置电压低于300 mV时,磁珠绑定DNA的过孔速度随着偏置电压的降低而减小。(4)设计并搭建磁镊控制系统实验平台,其中包括磁镊的选材设计、磁镊磁场分布的有限元仿真以及纳米位移平台的速度控制等。进行了磁镊系统控制磁珠绑定DNA通过固态纳米孔实验,证明了磁镊控制系统能提供足够大且稳定可控的磁场,能控制DNA通过固态纳米孔的速度。