纳米孔 生物分子相互作用传感基础 典藏版PDF|Epub|txt|kindle电子书版本下载

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第1章 用于核酸序列分析的固态纳米孔传感器1

1.1引言1

1.2生物纳米孔3

1.2.1α-溶血素4

1.2.2噬菌体phi29连接器6

1.3固态纳米孔6

1.3.1单个纳米孔的加工6

1.3.2纳米孔阵列的加工8

1.3.3Al2O3薄膜上纳米孔的制备10

1.3.4固态纳米孔中的离子导电性12

1.3.5固态纳米孔的噪声分析14

1.3.6固态纳米孔中的易位事件17

1.3.7固态纳米孔传感器的化学修饰19

1.4结论21

致谢22

参考文献22

第2章 光镊集成的固态纳米孔在分子检测和力谱测量中的应用29

2.1引言29

2.2实验方法30

2.3DNA的检测32

2.4力谱测量35

2.5建模：电泳与电渗剪36

2.6蛋白质涂层的DNA分子的测量37

2.7结论40

致谢40

参考文献40

第3章 适体修饰的纳米孔在单分子检测中的应用42

3.1概述42

3.1.1什么是适体？42

3.1.2分子折叠、相互作用和生物传感43

3.1.3单分子检测与纳米孔技术44

3.1.4纳米孔的选择性45

3.2对于离子调控的G-四聚体适体折叠过程的认识46

3.2.1G-四聚体在纳米孔内的组装46

3.2.2G-四聚体在纳米孔中自发的解折叠形态47

3.2.3纳米孔与俘获的G-四聚体的相互作用48

3.2.4研究折叠与解折叠动力学的分析方法48

3.2.5离子调控的G-四聚体适体折叠与解折叠过程49

3.2.6意义与影响49

3.3稳定的纳米孔生物芯片用于单分子生物传感50

3.3.1纳米孔传感器的研究进展50

3.3.2便携、耐用、模块化的离子通道芯片50

3.3.3意义与影响51

3.4使用适体结合的纳米孔检测单个蛋白质分子52

3.4.1检测结合过程而非易位过程52

3.4.2集成适体的人工纳米孔52

3.4.3玻璃纳米孔的制备与性能52

3.4.4适体结合的纳米孔捕捉IgE分子54

3.4.5利用结合RNA适体的纳米孔检测生物恐怖战剂——蓖麻毒素55

3.4.6优势与发展前景56

3.5结论57

致谢57

参考文献57

第4章 嵌入生物膜的phi29噬菌体DNA组装马达对双链DNA易位和检测的研究65

4.1引言65

4.2phi29噬菌体连接体的再造、表达和纯化67

4.2.1phi29噬菌体连接体的再造67

4.2.2连接体的表达和纯化68

4.3包含再造连接体蛋白的脂质囊泡的制备68

4.4通过单通道电学检测表征Phi29噬菌体连接体蛋白通道70

4.4.1实验安排70

4.4.2连接体蛋白插入平面脂质双分子层膜71

4.4.3单个或多个连接体通道的电流-电压曲线72

4.4.4确定插入脂质双分子层的连接体蛋白数量的解析表达式74

4.4.5计算KCI和NaCl缓冲液的校准系数75

4.4.6phi29噬菌体连接体蛋白通道与α-溶血素孔的电导比较75

4.5双链DNA的易位76

4.5.1双链DNA通过phi噬菌体蛋白通道76

4.5.2DNA易位阻塞电流事件的表征77

4.5.3pH对连接体蛋白通道稳定性和易位行为的影响78

4.5.4电流信号的可能形态79

4.5.5定量PCR验证dsDNA的易位79

4.6运用DNA单向运输机制的phi29噬菌体马达通道80

4.6.1改变电压研究dsDNA通过脂质膜上单通道的单向性80

4.6.2改变电压极性研究dsDNA通过脂质膜上单通道的单向性81

4.6.3通过量化DNA通过多通道膜的频率研究dsDNA的单向易位82

4.6.4通过C端组氨酸上标记Ni-NTA纳米金来确定蛋白通道的方向83

4.7phi29噬菌体马达蛋白通道的应用及前景85

4.7.1一个新的用于研究病毒DNA组装机制的体系85

4.7.2基于纳米孔的随机检测86

4.7.3纳米孔检测DNA87

4.8结论87

致谢87

参考文献87

第5章 用于检测特异性DNA的固态纳米孔92

5.1引言92

5.2制作过程93

5.2.1缩孔的沉积过程95

5.3依据分子动力学的DNA-纳米孔间的相互作用97

5.3.1由纳米孔直径决定的相互作用98

5.3.2由外加电压决定的相互作用99

5.3.3由外加电压决定的有效纳米孔径100

5.4特异性DNA的易位101

5.4.1功能化、传感和特异性101

5.4.2完整的互补DNA和失配DNA间的区别103

5.5生物应用105

5.6总结和目标106

参考文献107

第6章 固态纳米孔在蛋白质单分子检测中的应用111

6.1引言111

6.1.1通过蛋白质孔测量多肽112

6.1.2通过固态纳米孔测量蛋白质112

6.1.3在纳米孔试验中测得的参数112

6.1.4事件分类114

6.2蛋白质易位的原理114

6.2.1纳米孔捕获蛋白质114

6.2.2易位过程中蛋白质的形状114

6.2.3事件的平均电流下降幅度115

6.2.4蛋白质易位时间115

6.3实验装置和样品制备117

6.3.1实验装置117

6.3.2固态纳米孔的制备117

6.4测量天然蛋白质118

6.4.1蛋白质分子尺寸的区分与检测118

6.4.2在不同pH条件下测量蛋白质相对电荷119

6.5线性氨基酸链易位121

6.5.1停止点的电势阱模型121

6.5.2在静止点的排除体积121

6.5.3影响线性易位电位的参数123

6.6时间直方图的比较123

6.7结论125

6.8未来的趋势126

6.8.1蛋白质混合物通过纳米孔筛选126

6.8.2开放的挑战127

致谢127

参考文献128

第7章 基于半导体材料的固态纳米孔的易位电信号模拟131

7.1引言131

7.2目的：器件结构描述133

7.3计算模型和纳米器件模型134

7.3.1计算方法134

7.3.2电容器响应的三维自洽模型135

7.4电容器响应三维自洽模型的结果和讨论137

7.4.1螺旋构象的DNA易位137

7.4.2有一个突变碱基的单链DNA链在伸展构象时的易位140

7.5薄膜的电路模型142

7.5.1n-掺杂硅电极的模型143

7.5.2SiO2层的模型143

7.5.3筛选144

7.5.4DNA易位的电路模型144

7.6SPICE模型的结果和讨论145

7.6.1DNA链的易位145

7.7结论147

致谢148

附录149

参考文献149

第8章 固态纳米孔的制备，集成及DNA检测的可行性152

8.1引言152

8.2单个固态纳米孔的制备技术153

8.2.1电子束或激光加热的可控缩孔153

8.2.2TEM“钻孔”156

8.2.3带反馈的化学腐蚀法156

8.3多个纳米孔的集成：电寻址纳米孔159

8.4利用固态纳米孔进行DNA测序的构想161

8.4.1杂交辅助纳米孔测序（HANS）161

8.4.2DNA易位时位置检测的误差分析162

8.5受限DNA易位和杂交检测的最新实验进展165

8.5.1用磁镊控制DNA穿过固态纳米孔时的反向易位165

8.5.2用于杂交检测的纳米孔DNA易位实验168

8.6结论171

致谢171

参考文献171

第9章 纳米孔在蛋白质活性检测中的应用174

9.1引言174

9.2通过纳米孔记录描述蛋白质的大小、电荷和构象176

9.2.1利用纳米孔确定蛋白质的大小176

9.2.2利用纳米孔确定蛋白质的电荷177

9.2.3利用纳米孔确定蛋白质的构象179

9.3纳米孔检测用于表征平衡结合常数和化学计量数180

9.3.1利用纳米孔确定配体和蛋白质结合的化学计量数181

9.3.2利用纳米孔确定解离常数182

9.4利用纳米孔确定结合的形成和解离速率183

9.5利用纳米孔定量检测酶的活性186

9.6利用纳米孔进行蛋白质传感的未来展望190

致谢191

参考文献191

第10章 核酸在5nm以下固态纳米孔的捕获和易位过程195

10.1引言：生物大分子通过狭窄纳米孔195

10.2DNA俘获的问题198

10.2.1理论探讨199

10.2.2测量DNA俘获率的实验201

10.2.3调整场强增加捕获速率204

10.3电压驱动的DNA易位206

10.3.1易位时间分布：DNA-纳米孔相互作用对分布形态的影响208

10.3.2纳米孔尺寸对DNA转移的影响210

10.3.3DNA长度与转移动力学的关系210

10.3.4盐梯度对转移动力学的影响213

10.4结论214

致谢215

参考文献215

第11章 基于纳米孔的DNA测序和DNA行为控制219

11.1DNA测序219

11.1.1Sanger测序法219

11.1.2荧光原位测序法221

11.1.3焦磷酸测序222

11.1.4基于纳米孔的DNA测序：挑战和机遇223

11.2控制纳米孔中DNA的运动234

11.2.1黏度、电压、离子浓度和温度控制234

11.2.2用有效电驱动力和光镊方法控制纳米孔中DNA的运动236

11.2.3磁镊238

11.2.4“DNA晶体管”240

11.3讨论：测序以外的研究244

致谢245

参考文献245

第12章 基于纳米孔的第三代DNA测序技术248

12.1引言248

12.1.1单分子测序249

12.1.2纳米孔单分子测序的前景250

12.1.3本章概要252

12.2利用合成纳米孔进行单分子测序253

12.2.1纳米孔制备253

12.2.2DNA运输至纳米孔254

12.2.3合成纳米孔捕获DNA257

12.2.4纳米孔中的噪声264

12.3结论265

致谢266

参考文献266

第13章 生物通道在恐怖战剂和生物分子检测中的应用270

13.1引言270

13.2平面双分子层检测274

13.3爆炸物和化学战剂的检测275

13.3.1 2，4，6-三硝基甲苯275

13.3.2液体炸药276

13.3.3神经毒剂的水解产物276

13.4生物分子检测278

13.4.1多肽278

13.4.2DNA280

13.5实际样品的纳米孔分析283

13.6结论285

参考文献285

第14章 纳米孔力谱：分子动力学模拟290

14.1引言290

14.1.1纳米孔力谱实验291

14.1.2分子动力学模拟293

14.1.3本章概述294

14.2蛋白质-DNA复合物的断裂294

14.3DNA发夹结构的解折叠298

14.4纳米孔内DNA的受力302

14.5结论305

致谢305

参考文献306