门电压控制下离子电流的输运机理研究开题报告

1. 研究目的与意义

在最近十多年中，纳流体器件得到了快速而蓬勃的发展，展现出了广阔的应用前景,尤其是在传感与致动方面有着独特的优越性。

在传感方面，纳流体器件适于检测通过其中的生物单分子及其结构,被广泛应用于dna测序，是下一代低成本、高通量测序最重要的方向，将为整个生物医学领域带来巨大变革。

在致动方面，纳流体器件也有重要应用，包括利用离子耗尽实现高效的海水淡化、控制燃料电池中质子的输运等。

2. 国内外研究现状分析

纳米孔用于单分子检测研究的里程碑标志是kasianowicz等于1996年发表的关于利用α-溶血素蛋白纳米孔对单链dna、单链rna易位行为的研究，他们首提出了利用α-溶血素对dna测序的设想,开启了生物纳米孔单分子检测技术的新篇章。

之后的20年里,mspa孔蛋白、噬菌体phi29连接器等生物纳米孔的研究相继发表，丰富了纳米孔单分子检测技术研究。

2001年,li等发表的一篇关于聚焦离子束制备直径为1.8nm纳米孔的文章,开启了固态纳米孔制备和研究的新时代。

3. 研究的基本内容与计划

查阅与选题相关的专业文献资料，熟悉专业知识，了解离子电流的形成及设计理论及方法。

利用comsol设计方法分析门电压控制下的离子电流的输运机理，通过调节门电压的大小，以及控制方式，理解不同纳米颗粒通过纳米孔的电流堵塞效应。

采用comsol multiphysics软件进行模拟仿真，对单分子进行简化，建立纳米孔及带电颗粒的有限元模型，仿真纳米孔及带电分子颗粒穿过纳米孔时的电势分布、浓度分布，研究分析溶液中离子电荷的分布、流体流动的情况以及纳米孔的电导特性，揭示带电颗粒易位穿过纳米孔的过程中对离子电流的影响。

4. 研究创新点

从溶液类型，溶液浓度；单分子本身质量大小，分子牵引方法；纳米孔直径大小，壁面设置等方面着手研究，提高相对电流堵塞值。