Elektrokinetische Phänomene in Siliziumnitrid-Nanoporen und ihr Einfluss auf DNS-Translokationen

Die Einleitung des Dokuments behandelt die grundlegenden Konzepte der Elektrokinetischen Phänomene und deren Relevanz für die DNS-Translokation. Die Entdeckung der Desoxyribonukleinsäure (DNS) vor fast 150 Jahren wird als Ausgangspunkt für die Diskussion über die Fortschritte in der Genomsequenzierung betrachtet. Die Entwicklung der Sequenzierungstechniken, insbesondere die Third-Generation-Sequencing, wird hervorgehoben. Diese Techniken ermöglichen die Sequenzierung von DNS in Einzelmolekül-Messungen, was die Effizienz und Genauigkeit der Translokation verbessert. Die Bedeutung der Nanoporen als Membrankanäle, die für die Sequenzierung verwendet werden, wird ebenfalls thematisiert. Die Einleitung schließt mit einem Überblick über die Struktur der Dissertation und die Ziele der Forschung.

In diesem Abschnitt wird die Debye-Schicht und deren Einfluss auf die Elektroosmose erläutert. Die Debye-Schicht beschreibt die Verteilung von Ionen in der Nähe einer Oberfläche, die durch ein elektrisches Feld beeinflusst wird. Diese Schicht spielt eine entscheidende Rolle bei der Bewegung von DNS durch Nanoporen. Die Elektroosmose ist der Prozess, bei dem Flüssigkeit durch eine Membran bewegt wird, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. Die Wechselwirkungen zwischen der Debye-Schicht und der Elektroosmose sind entscheidend für das Verständnis der Translokation von DNS. Die Analyse der elektrokinetischen Effekte in idealen Kanälen zeigt, wie diese Phänomene die Effizienz der DNS-Sequenzierung beeinflussen können.

2.1 Elektrokinetik in einem idealen Kanal

Die kontrollierte Translokation von DNS durch Nanoporen ist ein zentrales Thema der Dissertation. Hier wird ein Modell der Polymerdynamik vorgestellt, das die Bewegungen von DNS in einem elektrischen Feld beschreibt. Die Ergebnisse der Experimente zeigen, dass die Translokation durch verschiedene Faktoren beeinflusst wird, darunter die Größe und Form der Nanoporen sowie die Eigenschaften der DNS selbst. Die Diskussion der Ergebnisse hebt die praktischen Anwendungen der kontrollierten Translokation hervor, insbesondere in der Genomsequenzierung und der biomedizinischen Forschung.

3.1 Modell der Polymerdynamik

Die Untersuchung der laserinduzierten Membranladung ist ein innovativer Ansatz zur Verbesserung der DNS-Translokation. Durch die Anwendung von Laserlicht kann die Oberflächenladung der Membran gezielt verändert werden, was die Translokation von DNS durch die Nanoporen beeinflusst. Die Ergebnisse zeigen, dass die Membranladung einen signifikanten Einfluss auf die Geschwindigkeit und Effizienz der Translokation hat. Diese Technologie könnte in der Zukunft für die Entwicklung neuer Sequenzierungsmethoden von Bedeutung sein.

4.1 Elektrische Membranoberflächenladung