生物分子在三维有序纳米结构中输运与分离性质的研究

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随着科技的发展,一些简单的生物分子已经成为生物产品的主流。分离是生物产品生产中的基本和重要的技术环节。生物产品的自身特性及生产和终端使用的特殊性对于产品纯度提出了很高的要求,发展高效生物分离技术成为生物工程技术领域的重要的研究课题之一。传统的高分子凝胶材料是以多孔性的凝胶或其它筛分剂作介质,很难集成在多步骤的生物分析系统中,也很难得到足够数量的纯化生物分子提供给后续的生物传感与探测流程。三维有序纳米结构具有结构规整、连通性好、能量消耗低、颜色特性等特点,结合微流控技术易形成多步骤、高效率、低成本的生物分析系统。
　　本课题是用三维有序纳米结构代替高分子凝胶材料对生物分子进行筛选和分离。分别利用自组装和微流控等技术手段制备毛细管\微通道三维有序胶体晶体结构,和利用一步成型法结合烧结等技术手段制备载玻片\毛细管反蛋白石结构,制备多种形态三维有序结构材料。结合实验条件,选择微通道胶体晶体作为筛分体系,结合微流控芯片技术和继电器设备,在分离通道内成功实现对DNA生物分子的输运和分离,力求达到一种低制造成本、简单高效的免染色分离手段。
　　此外用多物理场耦合软件 COMSOL Multiphysics软件进行仿真模拟,力求理论模拟与实验相结合。首先建立十字通道和微球阵列缝隙通道两种几何模型,并通过耦合电场、流场和稀物质传递\粒子追踪,分别从宏观和微观的角度研究DNA生物分子在规则有序的纳米结构中的输运分离性质。模拟结果发现:1、在十字微通道模型中,两种电场下模拟的稀物质浓度稳态分布的结果与实验结果完全吻合,对今后的实验和分析起到一定的指导作用。2、在微球阵列缝隙通道模型中,发现结构的周期性对流速有很大的影响。结构的周期性越完整,流速分布越复杂。3、在完全周期性微球阵列缝隙模型中,通过设定时间控制进入分离通道的物质的量,成功模拟仿真了多种物质的输运与分离。通过设定模型中材料的电荷、迁移率和半径等参数使其接近实际情况,可以对实际实验有较大的指导。

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作者
姚炜炜;
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作者单位

苏州大学;

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授予单位苏州大学;
学科纺织工程
授予学位硕士
导师姓名张克勤;
年度 2014
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类生物材料学;
关键词
三维有序结构; 生物分离; 微流控技术;

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