● 摘要
生物体内的细胞膜上存在一类由特殊蛋白质构成的离子通道，允许各种无机离子跨膜运输进行能量转换和物质传递，在多种重要生理进程中发挥着关键的作用。采用物理或化学的方法制备人工合成的纳米通道，从结构与性能两个方向出发，模拟生物离子通道的离子输运性质，如离子整流特性，将为能量转换、纳流体二极管、生物传感等领域的研究奠定基础。
无机多孔阳极氧化铝膜材料因其高度有序的孔结构、良好的机械性能与化学稳定性、可控的孔道几何形状等优点而备受关注。氧化铝纳米通道（圆柱型，分枝型）及异质结构氧化铝/氧化硅、氧化铝/氧化钛纳米管等也用于仿生纳米通道平台的开发。但对于同质多孔的非对称/对称氧化铝纳米通道，从几何形状上进行创新，构建结构新颖的整流性功能纳米通道，仍是一大挑战。本论文从纳米通道的几何结构入手，构建了非对称（多级分枝）和对称（沙漏）型的人工合成多孔氧化铝纳米通道，模拟生物离子通道的结构非对称性和对称通道在外界环境刺激（pH，浓度）下的整流特性。具体研究工作包括以下内容：
1. 制备了具有多级分枝结构的无机多孔氧化铝纳米通道膜。利用阳极氧化过程中逐级降压的方法制备具有多级分枝结构的1-2-2, 1-2-3, 1-3-2，和1-3-3多孔氧化铝纳米通道，并进行离子输运性质测试。实验结果表明，多级分枝的氧化铝纳米通道因几何结构和表面电荷密度的协同非对称性而呈现离子电流整流特性，且整流性质由一级分枝结构和二级分枝结构共同调控，随分枝孔道孔径的减小，整流增大。这种多级分枝结构的多孔氧化铝纳米通道可用于构筑纳流体二极管器件，并基于通道内部多级分枝结构可调控离子整流性质，将为可控离子电路体系的构建带来新的思路。
2. 制备了对称沙漏型的无机多孔氧化铝纳米通道膜。通过双面阳极氧化技术和原位扩孔相结合的方法首次创新制备出对称沙漏型氧化铝纳米通道，并在通道两侧施以离子梯度（pH-，浓度-）来调控通道内壁非对称的表面电荷密度或极性分布。实验结果表明，对称沙漏型的多孔氧化铝纳米通道可实现pH梯度调控或pH梯度和浓度梯度共同调控的离子电流整流特性，这为制备新型的整流人工离子通道或纳流体二极管体系提供了新的平台和思路。