表观遗传学是一门新兴的遗传学分支，其研究在基因组DNA序列不发生改变情况下的基因表达与调控、及产生的可遗传的表型变化。作为表观遗传学的重要研究内容，表观遗传修饰在人类生长发育与疾病诊断中都发挥着非常重要的作用。由此，如何对其进行有效检测成为一个急需解决的科学问题。与此同时，金属元素，特别是金属离子，在环境和生命领域扮演着重要角色，其种类和浓度直接决定了环境危害程度与生物学功能。因此，必须发展出一种高选择性和高灵敏度的方法来检测金属离子。　　面对上述两个需求，我们提出了一种新的解决方案，即基于纳米孔单通道技术实现表观遗传修饰与金属离子检测的单分子检测。纳米孔单通道技术是一种强大的单分子分析工具，在基因组测序、单分子化学和生化检测等多个领域均发挥着重要作用。DNA是纳米孔技术研究最多的对象，其在纳米孔体系中产生的电流信号与其分子修饰或构象密切相关。由此，本论文研究和探讨了如何在纳米孔平台上利用DNA化学修饰与构象变化产生特征电流信号，以实现目标待测物的检测。首先，我们通过在DNA中特定位点修饰主客体复合物，成功在α-溶血毒素蛋白纳米孔中得到独特的带振荡模式的电流信号，并基于此实现了5-甲基胞嘧啶与5-羟甲基胞嘧啶的特异性识别和定量分析。其次，我们根据胸腺嘧啶(T)与Hg2+之间形成T-Hg2+-T结构的特性设计了两种DNA探针，其能在Hg2+诱导下发生分子内折叠或分子间组装，从而产生新的纳米孔信号，为水溶液中Hg2+的检测提供了依据。此外，我们还单独研究了不同金属离子对各种小分子巯基配体包覆CdSe/ZnS量子点荧光性质的影响。论文主要内容如下:　　一，通过选择性修饰主客体复合物Fc(C)CB[7]（二茂铁(C)葫芦脲[7]），建立了5-甲基胞嘧啶与5-羟甲基胞嘧啶的高效检测方法。修饰得到的杂化体DNA-Fc(C)CB[7]穿越α-溶血毒素纳米孔时可产生带振荡模式的特征电流信号。该模式的产生是CB[7]主体分子、孔道内特定氨基酸残基、电渗流、以及电场力综合作用的结果。改变电压或电解质浓度可有效调制特征信号图像。通过统计分析，可获得DNA（羟）甲基化水平的定量信息。　　二，设计了一系列富含T的单链DNA探针，并筛选出对Hg2+响应最佳的DNA2。Hg2+存在时，DNA2由无规构型转变为发夹结构，其穿过α-溶血毒素时能产生区别于单链DNA2信号的特征性长阻滞时间信号。通过计算该Hg2+特征信号占总DNA穿越信号的比例，可获得Hg2+的浓度信息。使用盐浓度梯度条件后，体系对Hg2+的检测限降低两个数量级，达～7 nM，符合实际检测的要求。　　三，设计了两段式DNA探针用于Hg2+检测，并优化得到P1/P2。P1与P2为3末端带寡核苷酸链尾巴的DNA片段，在Hg2+作用下经T-Hg2+-T配对形成杂化双链结构。该结构通过α-溶血毒素时会产生特征性的三级电流信号，该信号与Hg2+唯一对应，且频率与Hg2+的浓度直接相关。运用该策略可检出溶液中亚nM级的Hg2+。　　四，研究了不同金属离子对各种小分子巯基配体包覆CdSe/ZnS量子点荧光性质的影响。通常情况下，重金属离子对量子点荧光淬灭更强。同时，量子点表面配体的络合能力和立体位阻也会影响荧光淬灭的效率。　　本论文中，我们首先通过特异性偶联主客体复合物，发展了一种全新的纳米孔传感策略用于DNA表观遗传修饰检测，该方法还有望拓展到其它修饰碱基，如8-氧化鸟嘌呤、N6-甲基腺嘌呤、5-羧基胞嘧啶、5-醛基胞嘧啶等的测定。其次，我们基于DNA构象变化设计得到Hg2+探针，其思路可推广到多种与DNA有特异性相互作用的物质的分析检测。