基于纳流体的生物分子检测
图1：基于纳米孔的基因测序示意图：在薄膜上制备纳米尺度的穿孔（nanopore），然后通过电学或力学、热学等手段，驱动DNA分子穿过纳米孔。由于纳米孔的尺寸限制，DNA分子必须以展开的链状形式泳动通过。我们再在纳米孔中制备电极或其它检测手段，测量每一个通过的碱基物理特性，由此确定碱基种类，达到测序目的。
基于纳米孔的基因测序生物芯片，有望实现1000美元成本的全基因组测序目标，是当前科技研究的热点之一。然而，该研究也面临着若干重大挑战，例如如何有效操控DNA分子通过纳米孔的运动，以实现碱基的测量。再例如，DNA链上相邻碱基的间距是0.34纳米左右，这就要求检测的电极具有极高的空间分辨率，考虑到良率的要求，这对微纳加工技术是非常高的挑战。
一方面，本课题组采用电学、热学、力学等多种手段尝试操控DNA分子运动，并采用分子动力学、多尺度物理建模等理论模型模拟纳米尺度沟槽中的流体运动、离子以及生物大分子运动。另一方面，我们积极尝试新的二维材料实现电学检测的单碱基分辨率（single-nucleobase resolution），如下图所示：
图2：基于二维材料的测序示意图：石墨烯—氮化硼—石墨烯三层结构，上下两层石墨烯作为两个独立电极，中间的氮化硼作为绝缘层。图为分子动力学模拟的单链DNA通过纳米孔瞬间。
