生物传感器由识别元件和信号转换器组成,可用于监测体内外所发生的生物化学过程,在生化分析、临床检验、疾病筛查等领域具有广泛的应用前景。经典的生物传感器识别元件通常是核酸、多肽、蛋白、酶、抗体或细胞等;常用的检测方法有电化学方法、光谱法等,因此这几年学术界研发了很多高灵敏度的生物传感器,这为生化分析新方法的建立创造了条件。仿生纳米结构的空间限域效应为生物传感器的构建提供了新的思路,这是因为基于天然离子通道的构象变化,人工纳米通道被研发出来并用于模拟离子通道的门控功能,最典型的人工离子通道可以将反应分子固定在通道内壁或表面进行分子识别,而且由该通道构建的传感器具有成本低、检测速度快、灵敏度高等优点。因此,本论文借助多肽和核酸适体等生物分子使人工离子纳米通道外端面功能化,从而构建新型的生物传感器,用于疾病标志物的生化分析检测。具体内容如下:1.基于多肽构建离子通道用于肿瘤细胞外基质中MMP-2的分析我们利用阳极氧化铝薄膜构建了一个仿生不对称纳米通道用于细胞外基质中基质金属蛋白酶-2（MMP-2）的分析。具体而言,在阳极氧化铝薄膜阻挡层上修饰多肽序列,该序列可自组装形成纳米纤维网从而较大程度地改变阻挡层的空间位阻,因而很大程度上限制离子整流效应。在MMP-2作用后,网状结构被破坏,由此产生的差异通过电化学工作站记录下来,达到对MMP-2定量分析的目的。该方法可实现的检测范围是10 fg/m L-10 ng/m L,检测限为6.6 fg/m L。本论文工作基于多肽自组装所构建的离子通道不仅可用于肿瘤微环境中MMP-2的检测,而且可以通过改变多肽的序列实现对细胞外基质中其它蛋白酶的检测分析。因此,该方法具有重要的临床应用价值,而且在人体智能传感器对疾病标志物监测的研发方面也具有很好的启示。2.基于核酸适配体构建离子通道用于SARS-CoV-2 S1蛋白的分析在本论文该部分工作中,我们利用SARS-CoV-2棘突蛋白S1的适体构建一个离子通道并且实现了对新冠病毒的超灵敏检测。首先,我们将S1蛋白的适体固定在阳极氧化铝薄膜上。当S1蛋白存在时,适体可特异性与S1蛋白紧密结合并改变离子通道内的电荷密度和空间位阻,从而改变结合前后通道中的离子整流。之后,我们将反应前后的这种差异用电化学工作站的电流-电压曲线表征出来,从而达到对SARS-CoV-2检测的目的。该方法检测范围为0.001-1000 p M,检测限达到0.138 f M（10.557 pg/L）,而且用于临床咽拭子样本的检测结果与PCR结果一致。该方法所用到的适体仅含24个核苷酸,具有易于合成、稳定性高、价格低廉、与靶标结合的特异性高等优点,而且整个过程不需要试剂和酶特殊标记。因此,我们构建的基于离子响应型人工离子通道检测S1蛋白的方法步骤简单、检测时间短、灵敏度高并且不需要酶标记等,在COVID-19的临床检验方面具有较好的应用前景。