基因承载着生命的遗传密码,蛋白是遗传密码的表达者,探索两者的奥秘将有助于我们解读遗传信息,揭开生命的秘密,推动基因治疗和未来“精准医疗计划”的发展,引发医学的新革命。本研究通过分子动力学模拟探索MoS₂纳米孔在生物分子检测中的应用,具有广泛的应用前景,如基因测序,蛋白质检测,基因治疗;设计MoS₂纳米孔检测装置有助于突破传统分子检测技术的局限,克服石墨烯纳米孔装置的不足。采用全原子分子动力学模拟探索使用MoS₂纳米孔进行蛋白质测序的可行性。研究集中于生物学中极重要的苯丙氨酸-甘氨酸重复的多肽（FG-nups）—核孔运输机器的一部分。有趣的是,FG-nups等多肽会自发吸附在MoS₂膜上,并且在受到外加电压或静水压差的驱动时表现出逐步穿孔的特征。降低肽的电荷密度或增加肽的疏水性会降低穿孔速度。然而,即使带电氨基酸与疏水性氨基酸的比率低至1:8时,也能观察到由外加电压驱动的单向和逐步穿孔过程。多肽穿过纳米孔可以产生与纳米孔中氨基酸类型相关的离子电流的逐步调制,表明通过检测阻塞离子电流来进行蛋白质测序是可行的。为了探索Mo-only,S-only和Mixed三种类型MoS₂纳米孔检测单链DNA（ssDNA）的效果,首先研究了ssDNA与MoS₂表面的相互作用对穿孔过程的影响。为了定量表征ssDNA的吸附过程,计算了碱基吸附到MoS₂表面的数量、ssDNA与MoS₂表面之间的接触数及相互作用能,其大小次序都为:poly（dA）₂₀>poly（dT）₂₀>poly（dG）₂₀>poly（dC）₂₀。在相同电压下,ssDNA穿过Mo-only纳米孔的速度大小为:ssC>ssG>ssT>ssA,S-only纳米孔:ssC>ssT>ssA>ssG,Mixed纳米孔:ssC>ssT>ssA>ssG;三种纳米孔传输ssDNA的速度大小为:Mo-only>Mixed>S-only。MoS₂膜只有0.65 nm厚,停留在孔中的碱基数一般只有1-2个,因此MoS₂纳米孔具有较高检测精度。ssDNA穿过MoS₂纳米孔可产生与孔中碱基相关的阻塞离子电流,当孔中碱基的种类,数量或结构发生变化,离子电流也随之变化。通过比较ssDNA的穿孔轨迹和阻塞离子电流发现,Mo-only纳米孔检测精度最高,Mixed纳米孔次之,S-only纳米孔较差。采用拉伸分子动力学模拟研究ssDNA穿过MoS₂纳米孔的动态过程,发现ssDNA以棘轮状,逐个碱基的方式通过孔直径为¹.00 nm的纳米孔,并且可实现单碱基分辨,而对于较大的纳米孔则以滑动的方式通过。研究表明ssA,ssC,ssG,ssT在穿过MoS₂纳米孔产生的拉力峰值具有明显的不同,通过统计分析A,C,G,T四种碱基的拉力峰值,发现拉力峰值遵循G>A>T>C。这四种碱基都具有独特的特征峰值,彼此之间很容易区分,相比于石墨烯纳米孔,MoS₂纳米孔对这四种碱基的辨识度更高。通过SMD方法检测一段随机序列的ssDNA发现,通过监测和分析拉力曲线上的特征峰可以鉴定和区分DNA链上的每一个碱基,实现DNA单分子测序。此外,我们还讨论了纳米孔直径、拉伸速度和弹簧系数对ssDNA穿孔方式的影响,发现在DNA测序中选择合适大小的纳米孔是实现单碱基分辨的前提,而拉伸速度和弹簧系数的选用也至关重要。