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简论混合器微流控芯片超快混合器及生物大分子折叠动力学运用免费毕业论文网站
,采取该混合器探讨了化学发光反应动力学历程;在此基础上,我们缩小该混合器微结构的尺寸,可从使其混合时间缩短至5.5μs,比目前最快的混沌流混合器(其混合时间是11μs)的混合速度提升了一倍;进一步采取该Z型混合器探讨了人类端粒DNA序列在金属离子有着下形成四聚体的早期折叠动力学历程,观察到了该DNA分子由线性结构坍缩成发夹
摘要:生物大分子如蛋白质或核酸的功能与其三维结构密切相关,折叠动力学探讨可揭示生物大分子以自由的一级结构形成具有活性高级结构的动态历程,近年来倍受科学界重视。2005年,Science杂志将蛋白质折叠列为21世纪生命科学领域最重要挑战之一。生物大分子的折叠历程一般发生在毫秒、微秒甚至是亚微秒时间水平,而启动折叠反应则需在更短的时间内完成。快速混合技术能使溶液在短时间内达到完全混合以而触发反应,是一种常被用于探讨分子折叠反应的有效手段。大分子折叠动力学探讨的传统工具是停流装置,然而毫秒级的时间分辨率和大的样品消耗量限制了其进一步运用,尤其是追踪折叠早期动力学。本论文基于微流控芯片连续流概念,提出了三种用于生物大分子折叠动力学探讨的快速微混合器,为解决动力学探讨领域的难点不足提供了新技术手段。主要探讨结果如下:(1)针对低粘度溶液,进展了一种混合时间短且结构简单的新型Z型微混合器。通过计算流体力学模拟和实验手段证实该混合器能在16μs内实现溶液的完全混合,采取该混合器探讨了化学发光反应动力学历程;在此基础上,我们缩小该混合器微结构的尺寸,可从使其混合时间缩短至5.5μs,比目前最快的混沌流混合器(其混合时间是11μs)的混合速度提升了一倍;进一步采取该Z型混合器探讨了人类端粒DNA序列在金属离子有着下形成四聚体的早期折叠动力学历程,观察到了该DNA分子由线性结构坍缩成发夹结构的实验证据。(2)针对高粘度溶液,设计了一种结构简单,加工简便且能快速混合的ω型混合器,通过计算流体力学模拟和实际混合实验,证明该ω型混合器能在579.4μs内实现粘度为水的33.6倍的溶液的完全混合,其混合时间比文献报道的结果缩短了约1000倍;进一步使用该混合器探讨了人类端粒DNA序列在分子拥挤环境下形成G-四聚体的早期折叠动力学历程,发现G-四聚体在分子拥挤条件下有着亚毫秒尺度的折叠事件。(3)针对样本消耗不足,提出了微流控芯片双水力聚焦概念,并设计了一种时间窗口宽、样品消耗量少且结构简单的双水力聚焦微混合器,通过计算流体力学模拟和实验评价,表明该混合器能有效实现两种大分子的快速混合,且其对动力学反应的时间观察范围达4个数量级,可涵盖以亚毫秒到数秒钟(710μs-5.36s),而对两种生物大分子的样品消耗均小于0.55μL/min,比已有文献减少了约1000倍;使用该混合器探讨了人类端粒G-四聚体与单链DNA结合蛋白(SSBP)的相互意义动力学历程,发现SSBP的结合能触发G-四聚体的去折叠历程,且处于高浓度Na+溶液条件下的G-四聚体其去折叠速率相对更慢。总之,本论文针对目前生物大分子折叠动力学探讨中的几点难点不足提出了三种快速微混合器;针对特定的探讨不足,采取计算机建模仿真和实验两种模式证明它们均具有好的混合效果和时间分辨率;进一步通过基本生物学不足的研究证明三者具备探讨生物大分子折叠动力学的能力和巨大运用潜力。 关键词:生物大分子论文 折叠动力学论文 微流控芯片论文 微混合器论文 连续流论文
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    摘要4-6

    Abstract6-10

    1 绪论10-35

    1.1 生物大分子折叠10-15

    1.2 微流控芯片15-24

    1.3 微混合器24-33

    1.4 本论文主要探讨内容33-35

    2 芯片加工35-44

    2.1 引言35

    2.2 实验部分35-41

    2.3 结果与讨论41-43

    2.4 小结43-44

    3 Z型微混合器44-66

    3.1 引言44-46

    3.2 实验部分46-49

    3.3 结果与讨论49-64

    3.4 小结64-66

    4 ω 型混合器66-85

    4.1 引言66-68

    4.2 实验部分68-70

    4.3 结果与讨论70-83

    4.4 小结83-85

    5 双水力聚焦微混合器85-105

    5.1 引言85-86

    5.2 实验部分86-89

    5.3 实验结果89-103

    5.4 小结103-105

    6 结论与展望105-107

    6.1 本论文探讨内容与结论105-106

    6.2 展望106-107

    致谢107-109

    参考文献109-124

    附录 攻读博士学位期间发表论文目录124-125

讨的传统工具是停流装置,然而毫秒级的时间分辨率和大的样品消耗量限制了其进一步运用,尤其是追踪折叠早期动力学。本论文基于微流控芯片连续流概念,提出了三种用于生物大分子折叠动力学探讨的快速微混合器,为解决动力学探讨领域的难点不足提供了新技术手段。主要探讨结果如下:(1)针对低粘度溶液,进展了一种混合时间短且结构简

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