离子通道能使生物膜选择透过各种营养物质和离子,这对细胞实现各种生理功能具有重要意义。生物膜离子通道在结构和功能上具有尺寸小、选择性高以及开关功能的特点。从生物膜离子通道获得启示,可对人工纳米通道进行智能化设计或修饰。经修饰的纳米通道在模仿、研究生物膜离子通道功能以及制备功能化的纳米器件中具有重要价值。本文首先对生物膜离子通道、人工纳米通道的功能化修饰进行了简要的综述,然后通过在纳米通道膜上修饰各种功能分子,使人工纳米通道具有各种选择性以及开关性,具体开展了以下几个工作:1.通过层层自组装将聚电解质修饰在聚碳酸酯纳米通道膜中,制备了具有电荷选择性的纳米通道膜。通过控制最外层修饰的聚电解质种类来控制纳米通道表面所带电荷类型,以负电荷染料荧光素钠以及正电荷染料罗丹明B为探针,考察表面带不同性质电荷的纳米通道膜的渗透性。结果表明,随着聚电解质层数的增加,纳米通道的孔径减小,每层聚电解质的厚度约为10 nm;当最外层修饰的是负电荷聚电解质聚苯乙烯磺酸盐(PSS)时,纳米通道表面带负电荷,纳米通道对正电荷染料罗丹明B的渗透速率大于负电荷染料荧光素钠;当最外层修饰的是聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)时,纳米通道对负电荷染料荧光素钠的渗透速率大于正电荷染料罗丹明B。这种电荷选择性纳米通道膜有望用于蛋白质的分离等方面。2.在金纳米通道膜上修饰聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm),制备了对温度敏感的纳米通道膜,以水溶性染料为探针考察了纳米通道的渗透性。结果表明,PNIPAm修饰的金纳米通道膜可以响应外界温度的变化:当温度为25 oC,即低于临界溶液温度(LCST)时,纳米通道表面亲水,渗透性大;温度为37 oC,即高于LCST时,纳米通道表面疏水,渗透性小。该纳米通道对温度的响应可逆,有望用于微阀门的制备、药物可控释放等领域。3.在金纳米通道膜上修饰末端带疏水基团的DNA分子马达,制备了对pH敏感的纳米通道膜。该DNA分子马达是一条具有特定序列的富含胞嘧啶的核酸片段,其构型对pH敏感,在酸性溶液中为四聚体构型,在碱性溶液中为直链构型。该DNA分子马达在不同pH值下构型的改变,将引起纳米通道孔径以及亲疏水性的变化。以pH不敏感的联钌吡啶为荧光探针考察了修饰有DNA分子马达的纳米通道的渗透性,结果表明,pH为4.5时纳米通道的渗透速率快,pH为8.5时纳米通道的渗透速率慢;DNA分子马达的构型变化随pH的改变是可逆的;纳米通道内亲疏水性质是影响纳米通道渗透性的主要因素。该pH敏感的纳米通道有望用于模拟离子通道,实现药物的可控释放。4.基于一维蛋白质微珠阵列芯片,发展了一种基于酶催化信号放大技术的蛋白质高灵敏检测方法。在微珠阵列中用鼠单抗捕获目标蛋白,并与多克隆抗体形成三明治结构,随后结合标记辣根过氧化物酶(HRP)的二抗。在H2O2存在下,HRP催化生物素化酪胺大量沉积在目标蛋白周围,通过生物素-亲和素交联将大量荧光探针聚集在微珠表面,实现对目标蛋白的高灵敏检测。该方法试剂消耗少,对甲胎蛋白(AFP)的检测下限达到0.5 pg/mL,满足临床检测的要求,在肝癌的早期诊断中具有应用前景。