电信号是生命活动中分子与分子之间、细胞与细胞之间最基本且最重要的信号传导方式之一。研究微纳尺度下单个分子、颗粒等单个体的电荷转移和电子传递过程对揭示个体与个体间的相互作用、构效关系、物质的传输与扩散等过程具有重要意义。固态纳米孔道由于其机械强度高、耐受性好、孔道尺度可控等特点，作为一种能够非标记检测单分子、单颗粒以及单细胞的分析方法受到了广泛的关注。将固态纳米孔道与电化学技术相结合，为纳米尺度下的电分析化学研究提供了有效的方法和技术。基于此，本论文以锥形石英纳米孔道为主要研究工具，在纳米孔道内构建了高灵敏的纳米电活性界面，结合纳米孔道的尖端增强效应与金属纳米界面的极化效应，制备了能够实时响应电化学过程的“无线”纳孔电极;通过调控纳孔电极的界面电荷分布，检测了水中超低浓度的重金属离子，提高了纳米孔道的分析效率;通过提高纳孔电极尖端对电子传递过程的灵敏度，获得了高时间分辨的分子特征电信号，提出了以离子流响应法拉第电流的信号放大机制;运用纳米孔道精确调控物质生成与扩散这一特性，研究了纳米颗粒向微米尺度自组装的过程;进一步制备了具有更高电流与时间分辨率的闭合式纳孔电极，通过建立新的纳孔电极电容响应机理，实现了对不同尺寸纳米颗粒碰撞过程的快速检测。　　1.功能化石英纳米孔道对汞离子的高灵敏检测　　利用磁控溅射技术，在石英纳米孔道内镀上纳米银层，以形成电活性界面;将能够与汞离子进行特异性反应的大环二氧四胺化合物以银-硫键修饰在纳米银层上，构建了功能化纳米孔道;通过分析向溶液中加入汞离子前后的电压-电流曲线整流变化实现了对10pM至1mM范围内不同浓度汞离子的特异性快速灵敏检测。借助纳米孔道机械强度高，稳定性好的特点，可通过修饰不同类型的探针分子制备阵列化便携的金属离子检测装置。　　2.基于无线纳孔电极的纳米电化学检测方法研究　　结合纳米孔道的尺寸限域效应与孔道内纳米银层的界面极化效应，通过调控施加电压使得孔道的尖端与尾部的纳米银层上分别发生氢离子还原成氢气与银氧化成银离子的反应;孔道尖端生成的氢气分子形成气泡扰动离子流，使得电流中形成尖刺状瞬时信号，结合有限元模拟进一步确定了气泡大小并计算出单个气泡对应的氢气分子与银离子的含量，从而构建了基于无线纳孔电极的电分析方法。　　3.无线纳孔电极诱导的纳米颗粒自组装研究　　利用银离子与端炔化合物经化学反应生成炔银这一特性，设计了能够诱导表面修饰有端炔化合物的功能化金纳米颗粒自组装的基元反应;以镀银纳孔电极为组装模板，通过电场调控了银离子的生成与扩散，以电化学方法诱导了溶液中微米尺寸金纳米颗粒环状自组装结构的形成，并利用暗场显微镜进行了实时观测;结合有限元模拟，探索了颗粒自组装的机理;通过改变端炔化合物的长度与孔道尺寸，对自组装结构的调控因素进行了进一步研究。　　4.基于新型闭合式纳孔电极的单颗粒碰撞研究　　以石英纳米孔道为模板，通过在孔道尖端还原氯金酸并结合电化学方法制备了尺寸为30nm的闭合式纳孔金电极;利用搭建的光电同步检测平台对闭合式纳孔电极的制备过程进行了调控与表征;结合纳孔电极尖端增强检测机制，实现了对混合金纳米颗粒样品碰撞电极过程的高灵敏分析;借助纳孔电极表面形貌均一的特点，显著降低了碰撞的随机性与不确定性，将检测过程中的电流分辨率提升至0.6pA（均方根值），时间分辨率提升至10μs，为准确获取纳米颗粒本征信息提供了方法与手段。