生物体系中的离子通道在细胞与外界的物质交换、信号传递、能量转换、以及系统功能调控等诸多生命过程中发挥着极其重要的作用。科学家们模仿生物离子通道的结构和功能构筑了一系列具有外界刺激响应性的固体人工纳米孔道。这些响应性的人工智能纳米孔道具有更稳定的性质，在能量转化、生物传感、纳米流体器件等方面具有重要的基础研究价值和广泛的实际应用前景。本文正是在这一研究背景下，致力于设计和开发研究具有一定结构和功能的仿生智能纳米孔道，结合生物分子特点和孔道界面性质研究其在生物传感方面的应用，本论文的主要研究内容包括四个方面：　　1.模仿生物蛋白质-G蛋白偶联受体在细胞里的多功能性，我们构筑了多响应性智能人工纳米孔道。将环糊精修饰在聚合物膜形成的柱形多孔纳米孔道里，通过超分子作用对端基偶氮苯的聚合物进行识别。超分子作用由多种弱相互作用驱动，是可逆的过程，可以在纳米孔道中构筑“即插即用”模板。这一模板能够实现对不同聚合物分别进行单独加载，也可以同时对两种不同的聚合物在同一孔道内加载，构筑了光、pH和温度三响应的体系。这一工作在以前工作的基础上，由单一的化学共价键修饰到多种弱相互作用的可逆变化，由单一的响应到多响应的纳米孔道，更加接近真正的生物体系，并用于电子器件和生物传感等。　　2.设计了一种由“超级三明治”结构的核酸序列（DNA）和小分子ATP控制的高效“门控”纳米流器件。它具有显著高于一般的化学修饰的开关比（达到106）且在闭合状态有很好的电密封性。“门控”作用的实现是通过DNA“超级三明治”结构在固体纳米孔道上的自组装（开-关），然后由 ATP绑定 DNA，使“超级三明治”结构的解组装（关-开）共同作用的。这个仿生纳米流器件可以把分子事件转化成电信号并实现信号增强机制，为以后纳流体生物传感和分子DNA在固体物质上计算提供了平台。　　3.将具有信号放大机制的DNA“超级三明治”结构修饰在纳米孔道中，通过该结构在纳米孔内的自组装和解组装过程，可以实现在同一平台下高灵敏地对目标核酸分子和小分子（ATP）进行同时检测。体系对核酸分子的检测限为10 fM，ATP检测限为1 nM。该检测体系可以在干扰序列存在下很好地区分完全互补靶标与1碱基/3碱基/5碱基错配类似物，甚至在复杂基质（血清）中都有很高的特异性，能够满足多组分混合物和复杂生物样本的检测需求，为疾病的早期诊断和治疗提供新方法。　　4.我们通过对DNA序列的设计，使其通过碱基互补配对作用构建了一种新型的三维交联结构 DNA，将这种结构在纳米孔道体系中进行自组装，和在外界刺激下解组装。与之前的工作相比，由于三维结构的密度比较高，在不同孔径（30 nm-600 nm）尤其是在比较大孔径的孔道里都具有非常好的门控性质。该体系能够在不同分子的刺激下，完成相应的开关过程。开关过程的时间，可以通过在体系中加入有机试剂（乙醇）起到加速作用。