端粒是位于真核细胞染色体末端的一段蛋白质和DNA的复合体,在细胞中端粒DNA都保持着环状的结构,以保护染色体的末端,它对维持基因组的完整性至关重要,也与细胞的寿命和癌症诊疗密切关联。在大部分有机体中,端粒DNA是高度重复的短链序列,许多端粒DNA由同一链上重复的两个至五个相邻鸟嘌呤（guanine,G）与其互补链上相应的胞嘧啶组成,人类端粒的重复序列为5’-TTAGGG,长度为7kb到15kb之间。这些富含G的端粒DNA序列在生理条件下能自发折叠成一种立体结构:G-四联体。G-四联体在不同的阳离子中形成的结构也有很大的区别。由于端粒DNA所形成G-四联体的结构与其功能密切相关,近年来对G-四联体的研究逐渐深入。传统研究G-四联体的方法包括紫外光谱、圆二色光谱、核磁共振谱、X-射线衍射、凝胶电泳法、热变性及表面等离子体共振等。这些检测方法能实现G-四联体形成以后的结构检测,不能从单分子水平上对其形成过程进行实时的监测。在此基础上发展出的单分子荧光和光镊技术,存在操作繁琐、费时和成本较高等不足。纳米孔单分子检测技术为监测G-四联体的结构变化提供了新途径。21世纪以来,在库尔特原理指导下电脉冲法与电感应技术飞速发展,研究者们提出了使用纳米孔器件表征物质结构的构想,如今纳米孔技术已被广泛用于多种物质的检测,如:DNA、蛋白质、多糖、抗原、抗体甚至单个离子。按纳米孔载体材料差异,纳米孔可分为两类:生物纳米孔和固态纳米孔。生物纳米孔是由蛋白多聚体在一定的条件下自组装形成的通道,这种通道具有稳定的结构和性质且具有确定的孔道尺寸。生物纳米孔中应用最广泛的代表之一:α-血溶素是氨基酸七聚体嵌入到磷脂双分子层中形成的纳米通道,最小尺寸为1.4 nm。生物孔是天然组装孔,其优点是结构重现性好、生物相容性好且体系噪声小。不足之处在于支撑孔的脂质双层容易受到缓冲体系、环境温度及外力等影响而不稳定。脂质层的敏感性及生物孔尺寸和孔内电荷分布的多样性大大限制了生物孔检测的条件和范围,也制约了它的工业规模化。为构筑具有不同功能的纳米通道体系,后来开发出结构性能更稳定的固态纳米孔。微纳加工技术飞速发展为固态孔的发展提供了条件,固态纳米孔因诸多优势引起了研究者们的广泛关注。固态纳米孔加工是通过物理或者化学的方法如:透射电子显微镜、等离子体刻蚀法、聚焦离子束及电介质击穿法,在绝缘的二维材料薄膜上加工出具有纳米孔尺寸的缝隙或者孔洞。相较于生物纳米孔,固态纳米孔的孔径可以根据待测物的大小来加工,可塑性强、机械强度高。用聚焦离子束和透射电子显微镜加工技术不仅价格昂贵而且对于操作人员的技术也有很高的要求,所以操作简单、成本较低的电介质击穿制备纳米孔的方法得到了迅速的发展和广泛的应用。本文是通过基于LabVIEW程序与电脉冲设备互联,应用电介质击穿模型来制备纳米孔。针对现有方法在快速、便捷的G-四联体单分子结构检测中的局限,本文提出利用固态纳米孔单分子检测技术对G-四联体结构与形成过程监测的方法。相比于已有的方法,此方法具有实时快捷、成本低、操作简单和不需要大型仪器等优点。本文研究内容如下:（1）电介质击穿方法制备固态纳米孔。在20nm厚度的SiN_x薄膜上用电介质击穿多级电流脉冲法制备不同孔径的纳米孔。通过调整击穿电压和扩孔电压优化纳米孔的制备工艺。（2）纳米孔内端粒序列的固定与G-四联体折叠监测。将端粒序列共价固定到固态纳米孔内表面,在不同金属阳离子诱导下端粒序列DNA折叠成不同物理结构的G-四联体,在外加电场的作用下检测形成构型的结构信息和稳定时间,实现对G-四联体单分子水平上的动态监测。（3）固态纳米孔对端粒序列G-四联体的单分子检测和折叠过程监测。在不同阳离子的存在下,可以很明显的区分出分子间和分子内G-四联过孔性质差异。不同数量G-四联体单元组成的G-四联体在过孔的堵塞时间上随单元数量增加逐渐延长,产生的过孔电流信号分布与G-四联体单元数量吻合。代表性电流轨迹信号说明固态纳米孔捕捉到了G-四联体的构象转换及结构展开和折叠的过程。另外用浓度为10纳摩尔每升（nM）的不同端粒序列DNA进行动力学研究,发现G-四联体有随时间推移逐渐形成的趋势。过孔统计数据表明,比值较高的归一化电流信号（ΔI/I₀=0.7-1）的比例在上升,而值较低的归一化电流信号（ΔI/I₀=0-0.2）的比例在下降。这说明G-四联体结构随着时间的推移在不断形成,其数量占总过孔DNA数量的比值不断增加。