22700

بررسي حركت الكتروفورزي DNA در ريزحفرات نرم pH-Regulated

كارشناسي ارشد

فرايندهاي جداسازي

1399

1399/3/18

دكتر سيد نظام الدين اشرفي زاده

مهندسي شيمي، نفت و گاز

يكي از مهم‌ترين چالش‌هاي موجود در روند توالي‌يابي DNA با استفاده از نانوحفرات، كنترل سرعت حركت DNA است. براي رفع اين چالش، راهكارهاي زيادي مورد استفاده قرار مي‌گيرند كه پوشاندن ديواره‌هاي داخلي نانوحفره با لايه‌اي از پلي‌الكتروليت، يعني استفاده از نانوحفرات نرم يكي از اين راهكارها است. در اين پژوهش، سرعت حركت DNA در داخل نانوحفره‌اي كه ديواره آن با يك لايه پلي‌الكتروليت با بار الكتريكي وابسته به pH پوشيده شده، از نظر تئوري مورد بررسي قرار گرفته است. فرض شده است كه پلي‌الكتروليت از گروه‌هاي عاملي اسيدي (اسيد سيتريك) يا بازي (ايميدازول) تشكيل شده باشند. در نهايت مشاهده شد كه در حالت اسيدي، جريان الكترواسمز ناشي از بار پلي‌الكتروليت در خلاف جهت الكتروفورز DNA بوده و حداكثر تا مقدار 4/0 متر بر ثانيه از سرعت حركت DNA در اين جهت مي‌كاهد. اما در حالت بازي الكترواسمز و الكتروفورز هم‌جهت هستند و حضور لايه پلي‌الكتروليت به افزايش سرعت حركت DNA منجر مي‌شود. به نظر مي‌رسد كه با تنظيم مقدار pH و استفاده از پلي‌الكتروليت‌هايي كه حاوي گروه‌هاي عاملي اسيدي يا بازي هستند، مي‌توان سرعت حركت DNA را تغيير داده و به ميزان مطلوب رساند. مشخص شد كه در pH هاي بين 5 تا 3/6 براي هر دو حالتي كه پلي‌الكتروليت حاوي گروه‌هاي عاملي اسيدي يا بازي است، افزايش pH منجر به كاهش سرعت حركت DNA مي‌شود. اما در حالت اسيدي، افزايش بيش‌تر pH (pH هاي بين 3/6 تا 8/6) تغيير جهت حركت DNA را در پي دارد. در نهايت، انجام فرآيند در محدوده خاصي از pH (نزديك به محدوده 3/6 تا 8/6)، و pH هاي زياد، به ترتيب براي حالت‌هايي با پلي‌الكتروليت اسيدي و بازي توصيه مي‌شود. همچنين اثر جدايش يوني مورد بررسي قرار گرفته است كه نتايج در اين مورد نشان دادند كه اثر جدايش يوني منجر به افزايش جريان الكترواسمزي شده و به ترتيب در حالت‌هاي اسيدي و بازي، تا 04/0 متر بر ثانيه كاهش و افزايش سرعت حركت DNA در جهت جريان الكتروفوزر را در پي دارد.

1399/07/14

DNA Translocation through pH-Regulated Soft Nanopores

6/8/2022 12:00:00 AM

One of the most important challenges in the process of DNA sequencing using nanopores is controlling the translocation velocity of DNA. To overcome this challenge, many methods are used, among them one can mention covering the inner walls of the nanopore with a layer of polyelectrolyte (PEL), i.e. the use of soft nanopores. In this study, the translocation of DNA through pH-regulated nanopores has been theoretically investigated. The polyelectrolytes is considered to be made up of either acidic (acid citric) or basic (imidazole) functional groups. For the acidic PEL the electroosmotic flow caused by polyelectrolytes charge was found to be in the opposite direction of DNA electrophoresis, and to reduce the speed of DNA translocation up tp 0.4 m/s in maximum. However, in the basic case, electroosmotic flow and electrophoresis were found to be in the same direction, and the presence of a PEL was found to lead to an increase in DNA translocation velocity. It seemed that by adjusting the pH value and using polyelectrolytes that contain acidic functional groups, the DNA translocation velocity can be changed and set at a desired value. It was found that in range of 5 to 6.3 pH values for both cases where the PEL contains acidic or basic functional groups, an increase in pH leads to a decrease in DNA translocation velocity. But in the acidic case, further increase in pH (between 6.3 to 6.8), changes the direction of DNA translocation. Ultimately, conducting the process in a particular range of pH values (close to range of 6.3 to 6.8), and at higher pH values, in the cases of using PELs of acidic nature, and basic nature, respectively, was recommended. The ion partitioning effect has also been investigated, and the results show that the ion partitioning effect leads to an increase in electroosmotic flow, and for acidic and basic cases, decrease and increase the DNA translocation velocity in the direction of electrophoresis up to 0.04 m/s, respectively.