羟基自由基（·OH）是目前已知攻击性最强的活性氧（ROS）,被认为参与了阿尔兹海默症（AD）等神经退行性疾病的病理过程。据报道Aβ淀粉样蛋白片段,尤其是Aβ1-42,可以通过诱导线粒体氧化应激（MOS）对神经元产生毒性。然而,由于·OH极短的寿命(体内～10-9 s)和极短的扩散距离(～10-9 m),线粒体产生的·OH很难扩散到细胞外。因此,在单细胞内原位检测由Aβ1-42诱导的线粒体氧化应激产物·OH,对于监测细胞内活动具有重要意义,将有助于揭示·OH在AD发病机理中的作用并为其寻找特效药物。本文基于玻璃锥形纳米孔的离子整流原理构造生物传感器,用于原位检测单细胞内·OH的浓度。第一项工作是基于浸润度对离子整流的影响设计传感器。通过在纳米孔内壁自组装上疏水性分子层,利用·OH与该分子层的相互作用,改变纳米孔内壁浸润度,分析离子整流的变化,来判断未知样品中·OH的浓度。第二项工作是基于表面电荷对离子整流的影响设计传感器。通过在纳米孔内壁自组装上带电荷的分子层,利用·OH与该分子层的相互作用,改变纳米孔内壁表面电荷,分析离子整流的变化,来判断未知样品中·OH的浓度。全文共分为三部分,具体内容如下:第一章绪论本章首先概述·OH现有的分析方法,包括电化学方法和其他方法,并将这些方法的优势进行了对比。然后介绍基于纳米孔的化学与生物传感,主要阐述纳米孔的离子整流原理和基于离子整流的化学与生物传感。另外,从纳米电极和纳米孔电极两个思路上,讨论单细胞内活性氧的电化学分析。最后阐明本论文主要意义和内容。第二章基于己硫醇修饰的浸润度可调的功能化纳米孔对单细胞中·OH的原位检测本工作中,我们先在玻璃锥形纳米孔内壁均匀镀上一层金膜,然后利用Au-S键的强相互作用修饰上己硫醇（HAT）,构筑了一种内表面浸润度可调的纳米孔传感器,用于高选择性高灵敏度地原位检测线粒体附近·OH的含量。由于·OH能够以超快的反应速率降解HAT(速率常数:～1010M-1S-1),使纳米孔内壁由疏水性向亲水性转变,导致离子整流信号发生变化,从而实现·OH的高选择性检测,最低检测限可达1 n M。此外,在显微操作手和共聚焦显微镜的帮助下,纳米孔传感器能够轻松地穿过细胞壁并定位在亚细胞单元附近。基于上述优势,我们将纳米孔传感器插入小鼠单核巨噬细胞的线粒体附近,检测到了Aβ1-42刺激下线粒体氧化应激产生的·OH。第三章基于原卟啉修饰的表面电荷可调的功能化纳米孔对单细胞中·OH的原位检测本工作中,我们先利用Au-S键的强相互作用,在镀有金膜的纳米孔内壁修饰上半胱胺,接着通过酰胺反应,连接上原卟啉,最后给原卟啉配位带电荷的金属锌离子,构筑了一种表面电荷可调的纳米孔传感器,用于高选择性绿色仿生地原位检测线粒体附近的·OH。基于·OH能够快速切割半胱胺的碳链,使带电荷的自组装分子层离开纳米孔内壁,导致离子整流信号发生变化,从而实现·OH的高选择性检测。该电极最终被应用于检测LPS诱导的单个小鼠巨噬细胞内的·OH爆发。