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带电聚合物论文：带电聚合物穿越内嵌表面电荷的微纳矩形通道的理论研究【中文摘要】带电聚合物分子穿越微纳米通道在生物系统中无处不在,近些年来,随着对生物大分子穿越微纳米通道的理论和实验的深入研究,研究者提出的一种基于微纳米通道的DNA线性测序策略可能会成为解决目前基因测序难题的有效手段。数十年来,尽管国内外学者在与微纳米通道相关的研究领域取得了非常好的研究成果,但如何保证单链DNA分子线性稳定低速穿越微纳米通道一直是悬而未决的技术难点,而这点成为能否实现微纳米通道DNA测序策略的关键。本文利用电磁场理论、水电动力学模型结合MATLAB的PDE工具箱,系统研究了带电聚合物分子穿越内嵌表面电荷的微纳米矩形通道动力学过程,具体研究内容包括以下两个部分：(1)多条件因素下微纳矩形槽空间电势分布；(2)多条件因素下带电聚合物分子穿越微纳矩形槽的时空过程。研究结果表明通道表面电荷密度、电解质溶度以及矩形微通道高宽比可成为带电聚合物穿越内嵌电荷的矩形微纳米通道速度调控的有效手段,并为基于纳米通道DNA测序策略的研究提供一定的理论依据。【英文摘要】The translocation of polyelectrolyte through micro/nano channels is a ubiquitous process in biology. With the depth theoretical and experimental research, in the transport of polyelectrolyte through a micro/nano channel, one emerged-DNA sequencing strategy, based on DNA across micro-nano channel, may be become an effective means to solve the problem of current gene sequencing. In past decades, despite domestic and foreign scholars have made good research in this field, one of the key to the linear micro/nan.【关键词】带电聚合物 微纳米通道 双电层 水电动力学模型 Navier-Stokes方程【英文关键词】Polyelectrolyte Micro/nano channel double electrical layer hydroelectrical dynamics model Navier-Stokes equation【目录】带电聚合物穿越内嵌表面电荷的微纳矩形通道的理论研究致谢5-6中文摘要6-7ABSTRACT71.引言10-171.1 聚合物穿越微纳米通道的研究概况10-161.1.1 聚合物穿越微纳米通道模拟的理论模型11-151.1.2 聚合物穿越微纳米通道模拟的理论模拟进展15-161.2 本论文的主要工作16-172 微纳米尺度下动电模型及数值方法17-252.1 双电层理论17-192.1.1 双电层的形成172.1.2 双电层的模型17-192.2 数学模型方程19-222.2.1 POISSON-BOLTZMANN方程19-202.2.2 流场控制方程NAVIER-STOKES方程202.2.3 微纳尺度流动的数值模拟20-222.3 MATLAB的PDEI具箱22-242.3.1 PDE工具箱解偏微分方程的步骤22-232.3.2 PDE工具箱解偏微分方程的流程图23-242.4 本章小结24-253 矩形微纳通道内部电势分布研究25-343.1 模型建立及网格化25-273.1.1 矩形微纳通道的模型建立25-263.1.2 矩形微纳通道的模型网格化26-273.2 模拟结果与分析研究27-323.2.1 内嵌电荷表面电荷密度为零时,通道内部电势分布图28-303.2.2 内嵌电荷密度不为零时,通道内部空间电势分布30-323.3 结果与讨论32-344.带电聚合物在矩形微纳米通道内部的运动研究34-424.1 模型建立及网格化34-374.1.1 带电聚合物穿越矩形微纳通道的模型建立34-364.1.2 带电聚合物穿越矩形微纳通道的模型网格化36-374.2 模拟结果与讨论37-414.2.1 内嵌电荷密度为零时,DNA穿越微纳米通道的研究37-394.2.2 内嵌电荷密度不为零时,DNA穿越微纳米通道的研究