一、选题背景和意义：
G-四链体是由富含串联重复鸟嘌呤的序列在核酸中形成的高级结构，是由4个鸟嘌呤作为基础发生交互作用结合成为一个正方形，称为 G-四分体(G-quartet)，是四链体的结构单元，由Hoogsteen氢键连接4个鸟嘌呤形成环状平面。两层或以上的四分体通过pi;-pi;堆积形成四链体。这种单分子形式通常出现在染色体末端附近，也就是人们熟知的端粒区域，以及多个基因和癌基因的转录调控区域。它们是含有鸟嘌呤四分体的螺旋结构，可以由一条、两条或四条形成，包括DNA、RNA、LNA和PNA都可以形成这种结构。该结构通过阳离子的存在而进一步稳定，位于每对四分体之间的中央通道中（或平面之间）。
为了结构稳定，需要单价或二价离子，而且大多数G-四链体对钾离子的特异性是近年来最高的，有许多研究表明，G-四链体对基因表达的调控至关重要。在人类基因组的许多重要区域，包括但不限于基因启动子、剪接位点和3′和5′非翻译区（UTR），实验发现了数十万个这样的结构。G-四链体还是与包括癌症在内的许多遗传疾病有关。因此，它们有望成为癌症的药物靶点，并成为埃博拉和艾滋病毒的有效靶点。
对于G-四链体而言，其折叠状态和稳定性是两个主要问题。圆二色谱（CD）、紫外熔融分析、核磁共振（NMR）、硫酸二甲酯（DMS）足迹分析等多种方法都能区分折叠和展开的G-四链体。尽管这些方法应用广泛，但通常需要大量的样本。广泛用于观察G-四链体的是单分子荧光共振能量转移（smFRET），但与许多批量分析类似，smFRET需要荧光标记，荧光标记可能会影响G-四链体的形成。一些研究开创了一种基于用纳米孔检测G-四链体的替代单分子方法。其中，固态纳米孔作为一种单分子生物传感器平台以其对生物分子检测的高灵敏度而备受关注。固态纳米孔的器件制造包括两部分：在支撑基板上制造独立膜和钻取纳米孔。目前，最通用的方法是利用透射电子显微镜（TEM）钻孔。TEM钻孔方法出现于2003年，通过聚焦电子束的电子对膜材料的溅射，在纳米孔制造之后，具有更高的分辨率和直接成像模式，TEM钻孔已被公认为一种标准的纳米孔穿孔方法。纳米孔的基本原理是在充满电解液的空腔中，具有纳米孔的绝缘屏障膜将空腔分成两个小的空腔。当向电解液施加电压时，由于大多数生物分子都是带电的，在电场作用下会定向从一端向另一端移动，通过纳米孔时占据携带离子的液体体积的一部分，并导致电流下降，这是稳定和可检测的。纳米孔的尺寸和表面特性、电压和溶液等因素都会影响离子电流的状态。电流的停留时间和振幅包含了分子结构和动态运动的有用信息，利用这些信息可以进行分子的检测和鉴别。总之，随着纳米孔研究的兴起，人们对于利用固态纳米孔表征生物分子表现出越来越大的兴趣。
在此背景下，本项目利用透射电子显微镜制备并表征氮化硅固态纳米孔，通过施加外加电压研究固态纳米孔在所用电解质溶液中的电导特性。利用氮化硅固态纳米孔研究DNA G-四链体通过纳米孔时产生的特征信号，从中分析G-四链体过孔时的信息。
二、课题关键问题及难点：
在本项目中，我的任务主要可以分为氮化硅固态纳米孔的制备与表征以及DNA G-四链体过孔和信号分析两部分。虽然之前在相关课程上学习过透射电子显微镜的一些知识，但是并没有操作过；而且首次接触纳米孔相关实验，实验操作涉及的器件都比较精细，操作上有一定难度，所用试剂也是低量低浓度，因此在实验中还是有诸多问题及难点，具体如下：
1、氮化硅固态纳米孔的制备
在固态纳米孔的制备中，尺寸大小的控制是一个难点。单链DNA的直径窄，尺寸小，如果制备的固态纳米孔尺寸太大，便检测不到单链DNA过孔的信号。对于形成了四链体结构的DNA，其直径约为４nm，考虑到分子首先是通过扩散靠近孔附近，再在电场作用下通过孔，因此在通过纳米孔时分子的取向是不能确定的，因此应该孔的大小应该与分子大小相当且略大于分子。根据参考文献，直径3.5nm的孔可以阻碍四链体的通过，而5.4nm则可以使单链结构和四链体结构均通过，故实验设置制备直径范围在6-20nm的纳米孔。
2、考察有利于DNA G-四链体形成的实验条件
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