内嵌在生物膜上的离子通道通过调节各种分子和离子在膜内外的选择性传输,在物质转换、神经传导等各种生理过程中扮演着重要角色,同时也作为一种多功能的天然材料在体外被广泛地研究与应用。然而,这些离子通道蛋白由于不稳定、尺寸不可调、对外界环境过于敏感等缺点,在一定程度上限制了其在体外的实际应用。因此研究者们制备了各种各样的固态仿生纳米孔道,这些仿生纳米孔道可以通过功能化修饰来模拟生物离子通道的物质传输及信号传导的功能,被广泛应用于生物传感、分子离子检测器、纳流体装置等领域。本论文致力于研究螺吡喃聚合物功能化纳米孔道在多重环境刺激下调控离子传输的过程,从而模拟天然生物离子通道的各种生理功能。论文共四章:第一章绪论。本章首先概述了仿生固态纳米孔的研究进展,并基于不同材料对固态纳米孔进行了分类;接着介绍了纳米孔的三种离子传输特性,并概述了固态纳米孔在智能仿生、纳米传感器等方面的应用。最后提出了论文构思。第二章制备与表征单个玻璃锥形纳米孔道。该章首先简单介绍了制备单个玻璃锥形纳米孔道的过程、测量纳米孔道锥尖半径的方法步骤。最后展示了利用扫描电子显微镜（SEM）和Nikon倒置荧光显微镜表征单个玻璃锥形纳米孔道形貌的结果。第三章pH智能调节的双向光开关。本章在玻璃锥形纳米孔道的内壁引入了光敏分子螺吡喃丙烯酸酯（SPMA）,通过表面引发原子转移自由基聚合（SI-ATRP）反应,形成了一层光敏均聚物膜P-SPMA,构建了一种具有pH依赖整流特性的光控仿生开关。实验结果表明,聚螺吡喃丙烯酸酯（P-SPMA）功能化的纳米孔道内壁表面富含大量的螺吡喃（SP）基团,SP基团可以在紫外光辐射下发生构型转变,由疏水的SP结构开环变成亲水的部花菁（MC）构型,并且可以在可见光辐射下再次闭环转变成疏水结构。基于此,该仿生开关可以在紫外光和可见光交替辐射下可逆的打开和关闭,且重复性好。同时,开环的MC结构是两性物质,在电解质溶液中存在酸碱平衡,通过调节溶液的pH,可以使MC分别带正电荷、负电荷甚至不带电。基于此,我们实现了该仿生纳米孔道依赖于pH的不同整流机制,即正整流（阴离子选择性）、负整流（阳离子选择性）及无整流（无选择性）。该pH依赖整流特性的可逆光控仿生纳米孔道为不同人体环境的选择性光控药物释放提供了一种可行的思路。第四章光、温度和pH三重刺激响应仿生离子通道的初探。本章通过SI-ATRP反应将光敏分子SPMA和温敏分子甲基丙烯酸-N,N二甲氨基乙酯（DMAEMA）共聚修饰到纳米孔道的内壁表面,形成一层共聚物刷P（SPMA-co-DMAEM）,初步构建了一种同时对光、温度和pH三种外界刺激响应的仿生装置。光调控:紫外光和可见光的交替辐射可以使该仿生装置充当离子门可逆的打开和关闭;温度调控:调节不同的环境温度,共聚物中的PDMAEMA温敏部分与水分子之间形成的分子间氢键会受温度的影响而改变纳米孔内壁表面聚合物的形态,纳米孔的表面性质也随之变化,从而调控纳米通道中的离子电流;pH调控:开环MC是一个两性物质,可以在广泛的pH范围内质子化和去质子化,实现纳米孔道的整流反转。此三重响应的仿生纳米孔道对创建更加智能的仿生体系具有重要的研究意义。