● 摘要
生物体内的细胞膜上存在着许多只允许某些特定离子通过的纳米孔道，为生命体内各项生理活动的正常进行发挥着重要作用。生物离子通道具有尺寸小、选择性高以及开关功能等特点。受生物膜离子通道的启发，人们采用人工合成的方法制备了仿生智能纳米通道，并可以从孔道结构和性能两方面模拟生物离子通道的特殊离子输运性质，如离子选择性运输特性、离子整流特性以及特异性识别性能。
目前关于离子响应性的纳米通道都只对一种离子具有响应性，而实际中的溶液体系一般都很复杂，往往会包含多种离子。因此，设计和开发多离子响应的仿生智能纳米通道仍是一大挑战。本文采用简单的电化学方法设计和开发了具有一定结构和功能的仿生纳米通道材料，以生物通道中非对称设计以及智能响应性为灵感，从无机多孔阳极氧化铝纳米通道膜的几何结构设计和表面化学组成功能化修饰两个方面入手，构建了多离子响应非对称纳米通道，实现了在仿生纳米通道中的多离子响应输运的智能调控。具体研究工作包括以下内容： 1. 采用三次阳极氧化法结合磷酸扩孔技术制备了具有非对称漏斗孔道结构的多孔氧化铝纳米通道膜，并考察其厚度比（大孔部分厚度比小孔部分厚度比）对漏斗型氧化铝纳米通道离子选择性的影响。研究结果表明，在保持纳米通道膜总厚度不变时，小孔部分厚度越小，纳米通道的离子选择性越好。
2. 通过在漏斗型氧化铝纳米通道内壁修饰响应性单链DNA分子设计和开发了Hg2+离子与Ag+离子双响应的仿生智能纳米通道。实验验结果表明，金属离子Hg2+离子与Ag+离子能诱导DNA分子发生构型改变，实现对人工合成纳米通道的有效孔径的改变以及电荷密度的改变。在中性pH条件下加入汞离子与银离子可实现了仿生氧化铝纳米通道对这两种金属离子识别响应；当在金属离子pH为4.5条件下可实现这两种金属离子的区分识别。这种多离子响应仿生智能纳米通道在传感、环境监控、医药科学以及食品安全领域有着潜在的应用价值。