题目：基于生物分子修饰的聚合物薄膜智能响应纳米通道

经过上亿年的长期进化，自然界中的动植物所具有的结构和功能都已达到近乎完美的程度。生物体中存在有许多具有卓越性能和功能的结构和材料，是人类学习和研制仿生材料的源泉。自然界的生物体中存在着各种各样的生物孔道，其中，离子通道与生物体的物质交换、信号传递、能量转换及系统功能调控等多种生命活动过程密切相关。受自然界中的生物离子通道的启发，在人工聚合物基底上设计并制备具有响应性能的人工纳米通道，模拟生物体中离子通道的离子输运过程，在生物传感、纳流体器件研制等领域都具有广阔的应用前景。正是在这一研究背景下，本文以生物离子通道的响应性能为启发，利用人工纳米通道独特的纳米结构及功能分子的修饰，智能调控孔道性质和化学组成，从而实现人工仿生纳米通道系统离子输运性质的智能调控，主要内容如下：

1. 在人工聚合物纳米孔道上设计具有pH和温度协同响应性能的纳米门控器件。自然界中，生物离子通道能够对外界复杂的信号如光、温度、pH等进行响应。受此启发，我们在人工聚合物纳米通道上修饰了能够对外界多种信号做出响应的功能分子聚赖氨酸，使生物分子和聚合物基底结合的纳米系统能够同时受外界pH和温度两个变量共同控制。人工聚合物纳米通道具有独特的非对称纳米结构，可以表现出类似二极管的离子整流性质。这项工作拓展了人工纳米器件应用于复杂仿生响应系统的研究，同时也拓展了生物大分子和人工聚合物纳米器件结合的应用。

2. 在具有非对称结构的聚合物纳米通道内修饰具有铜离子响应性能的DNA链，利用铜离子诱导DNA链发生构型变化，可以改变纳米通道有效孔径或表面电荷的变化，从而实现人工仿生纳米通道对铜离子的响应性调控。基于非对称结构的锥形聚合物多纳米通道的制备模拟了生物离子通道特殊的离子输运性质，DNA分子的引入则实现了人工纳米通道受金属离子特异性引发离子门控特性。这些变化可以转变为电讯号，通过电化学检测方法测定，这为研究和模拟机体中生物离子通道的开关、离子泵等提供了新的方法，也为开发更接近生物体内环境的功能分子纳米器件提供了新的设计思路。