利用微流动技术研究单链DNA片段的流动特性

论文摘要

有关DNA遗传信息功能的呈现或者在实验利用方面基本上是在其双链与单链之间作出某种程度的操纵。近年来,有关双链DNA的基本力学特性已经有所揭示,本论文试图利用微流动技术来初步探讨单链DNA片段的流动行为与特性。首先从软刻技术手段出发,以十分简单并能得到有效运用的PDMS微模塑技术构建出直径30μm、有效长度5cm的微通道阵列,通过不同途径对通道作了亲疏性修饰。接下来,利用PDMS微通道、Leica DMI4000B荧光显微镜、Lightning RDT?高速摄像仪、Longer TS2-60注射泵构建可以调控微流动压力、运行微PIV的微通道实验装置,对所研究的单链DNA（寡核苷酸）片段溶液在所制作的微通道中的流动行为进行实验观测与理论分析。然后,利用亲水性修饰的PDMS微通道对几种典型的不同寡核苷酸片段溶液的流动行为进行实验观测。初步的研究集中于测量与分析单链DNA溶液的两个流动参数——粘度和速度分布上。比较了所选取的不同长度的短寡核苷酸片段溶液的粘度以及其粘度与温度、浓度的关系。数据提示,在直径30μm圆形微通道中的流动应是层流性质的;利用经典的泊肃叶定律估算微通道内低分子量寡核苷酸溶液粘度的方法是可行的;温度和浓度都对寡核苷酸溶液的粘度有较大的影响;寡核苷酸溶液的速度大几乎不存在着序列长度依赖性;在一定条件下,寡核苷酸溶液的粘度可能存在着序列长度依赖性。本文所建立的实验途径以及由此所获得的初步结果对深入分析在微流动条件下DNA杂交反应动力学过程具有基础性提示意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 微流动技术
• 1.2.2 软刻工艺构建微通道
• 1.2.3 DNA 力学特性
• 1.2.4 Micro-PIV 技术及其应用
• 1.3 研究目的和研究内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 技术路线
• 2 利用软刻工艺制作微通道
• 2.1 实验材料、试剂和仪器设备
• 2.1.1 实验仪器与设备
• 2.1.2 实验材料与试剂
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 通道成形辅助装置设计加工
• 2.2.2 PDMS 的浇铸固化及脱模
• 2.2.3 PDMS 微通道打孔
• 2.2.4 PDMS 微通道表面亲水性处理
• 2.3 实验结果
• 2.4 讨论
• 3 Micro-PIV 技术的建立
• 3.1 荧光显微镜
• 3.2 激发光光源
• 3.3 高速摄像仪
• 3.4 示踪粒子
• 3.5 图像处理
• 4 微流动实验测定不同长度单链DNA 片段溶液的速度分布
• 4.1 实验材料、试剂和仪器设备
• 4.1.1 实验仪器与设备
• 4.1.2 实验材料与试剂
• 4.2 实验过程
• 4.2.1 测量微通道中微流动寡核苷酸溶液速度分布的原理
• 4.2.2 实验装置的搭建
• 4.2.3 配置寡核苷酸溶液
• 4.2.4 测量微通道中微流动寡核苷酸溶液的速度分布
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 驱动压为50PA 时的速度矢量图
• 4.3.2 驱动压为25PA 时的速度矢量图
• 4.3.3 不同长度寡核苷酸片段溶液的平均速度
• 4.4 讨论
• 5 微流动实验测定不同长度单链DNA 片段溶液的粘度
• 5.1 实验材料、试剂和仪器设备
• 5.1.1 实验仪器与设备
• 5.1.2 实验材料与试剂
• 5.2 实验过程
• 5.2.1 测量微通道中微流动寡核苷酸溶液粘度的原理
• 5.2.2 实验装置的搭建
• 5.2.3 配置寡核苷酸溶液
• 5.2.4 测量微通道中微流动寡核苷酸溶液粘度的方法
• 5.2.5 测量微通道中微流动寡核苷酸溶液的粘度
• 5.3 实验结果
• 5.3.1 寡核苷酸溶液粘度与温度的关系
• 5.3.2 寡核苷酸溶液粘度与浓度的关系
• 5.3.3 寡核苷酸溶液的粘度在温度、浓度共同影响下的变化
• 5.4 讨论
• 6 结论与后续工作建议
• 6.1 结论
• 6.2 后续工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文