中文摘要：

有关无标记生物检测中基因芯片纳米力学的定量理论分析主要是在单一尺度下假设由某种因素引起的，而生物-非生物复合系统的力热电效应是同时存在的，现有理论研究方法不利于探究芯片纳米运动的机理。基于力热电致弯曲观点，本项目跨尺度建立基因芯片纳米力学行为分析的能量模型，研究生物材料的力电性能、双金属效应、热机敏感性和随机性等因素对封装和检测过程中芯片纳米力学行为的影响。针对DNA-生物层力电性能，预测了其载荷位移曲线以及线性段弹性模量的解析式；将非线性PB数值迭代模型、非线性弯电模型预测的生物层电势与开路电势法的实测电势进行比对；针对DNA-微悬臂梁力学性能，分别建立了弱相ssDNA、强相ssDNA和dsDNA-微悬臂梁的能量模型，预测了不同微观作用的影响；针对基因芯片的热力学性能，预测了杂交放热引起的挠度和芯片的热机敏系数，给出了避免热噪声影响的环境温控范围；针对随机因素，预测了DNA链间距、材料弹性模量、材料厚度随机分布对微梁力学行为的影响。这些研究为芯片的灵敏度分析、自组装表面处理、集成化制造等提供必要的理论基础和设计参考。