石墨烯纳米孔测序的计算模拟

快速的DNA 测序方法极大地推动了生物学和医学领域的研究和发现，其在基础生物学以及众多的应用领域如诊断、生物技术、法医生物学、生物系统学等中均有涉及。其中，固态纳米孔（solid state nanopore）测序被认为是下一代比较有潜力的快速测序方法，在众多的固态纳米孔中，石墨烯（graphene）片层由于其特有的力学性质以及物理性质而特别引人注目。DNA 经过纳米孔道或者管道的移位过程是一个集物理，化学，生物等学科于一身的课题，其非常重要却又异常复杂。利用分子动力学模拟研究DNA 分子在纳米孔道中的移位以及动力学过程已经展现出了强大的优势，成为了除实验手段外有力的研究工具。本书利用分子动力学（molecular dynamics，MD）先研究单层石墨烯片层的纳米孔道对DNA 分子测序的影响因素，这些影响因素包括纳米孔道的大小，溶液离子浓度，外界电场强度等等。在此基础上，研究了多层石墨烯片层的纳米孔道对DNA 分子测序的影响，主要研究了层数对于DNA 分子测序的影响。随后，用操控式分子动力学（steered molecular dynamics， SMD）模拟了将单链DNA （single strand DNA，ssDNA）从不同形状构型的石墨烯纳米孔道拉伸出去，研究不同碱基是否可以根据不同的力特征峰值来分辨。最后考察了是否可以用不同碱基在纳米孔中的移位时间不同而对DNA 测序。