纳米技术的蓬勃发展为当前生命科学研究水甲的进步提供了崭新，可靠，高效的研究手段和.甲台，由此应运而生的纳米生物技术(Nanobiotechnology)已经成为当前多学科交叉的前沿领域。如何快速，准确，可靠，方便地获得有用的生物信息和数据，揭开生命结构和生物体系复杂性的面纱，是当今生命科学研究领域中的一个亟待解决的重要问题。由于纳米孔道在几何尺寸上与生物分子相近，利用纳米孔道作为生物传感器和传感器载体在分子水平上对组成和调控生命体系结构和运行的离子，生物分子和小分子，比如K+，Ca2+，蛋白质，核酸等，进行检测和分离，是目前纳米生物技术发展的一个热点方向。而使用单纳米孔道进行单分子检测是其中一个重要的发展趋势。　　 本论文的研究工作应用荷能重离子径迹刻蚀(ion-track-etch technique)的方法在高分子材料基底上制备纳米孔道。首先围绕纳米单孔道的可控化制备来展开，在制备孔径和锥角在一定范围内可控的圆锥形纳米孔道方面作了一些探索性的尝试。制备出基于高分子薄膜材料的小于2 nm的圆锥型单纳米孔道，并且通过控制刻蚀过程停止电流，定量控制所得圆锥型纳米孔尖端孔径的方法。发展了通过改变刻蚀液的配比来控制圆锥形纳米孔道锥角的方法。这一方法实现了纳米孔锥角，这一重要几何参数，的可控化制备。　　 基于所制备的圆锥形纳米孔道，在实验上系统研究了圆锥形纳米孔道中表面电荷，孔道尺寸，电解质浓度，外电场等实验参数对整流效应的影响。整流效应的幅度与电解质的浓度以及pH值紧密相关。在中等浓度(0.3 M)的溶液环境里，整流系数达到最大值。在pH较高的碱性环境中，整流系数较大。而这种整流系数随pH增大的过程，在pH达到7-8时已经接近饱和。在pH较低时，尤其是在材料的等电点上下时，纳米孔道整流效应出现反转。结合基于PNP方程的理论模型计算，说明了上述实验参数通过改变离子在纳米孔内富集效应和耗尽效应的相对强弱，从而影响了孔道整体的导电特性。它成为下一步开发功能性纳米孔道的基础。　　 化学修饰以后的纳米孔具有更多优异的性质，但是目前利用化学修饰构造功能性纳米孔道的研究还刚刚起步。因此，本文的后半部分，在深入理解纳米尺度上电解质输运行为的基础上，制备出了两个利用化学修饰的方法构建功能化的纳米孔道-人工离子通道。第一，将具有pH响应的DNA分子与纳米孔道结合，制成了具有的开关能力的纳米孔道-DNA复合体系，通过DNA分子构象对环境pH值的响应来完成纳米孔道的打开和关闭，并且发现只有在纳米孔道尺寸与DNA分子链长度匹配得比较好的时候才能得到最好的开关效果。它是世界上首个在合成孔道体系内，利用生物分子构象变化完成开关动作的仿生离子通道。第二，将具有温度响应能力的聚合物分子PNIPAM与纳米孔道结合，发现这种纳米孔一聚合物复合体系可以具有温度响应的门控功能。除此之外，还发现了可以利用纳米孔道内部亲疏水性的变化对整流效应进行调节。这两项功能化纳米孔道的研究工作将传统的核技术方法与现代分子科学的成果结合起来，为开发新一代具有智能响应性的分子/纳米孔道器件作了开创性范例。　　 在本论文的最后部分，本论文进行了利用选择性纳米孔道进行浓度梯度驱动的离子电流源作为能源转化器件的实验和理论研究。实现了通过具有离子选择性的纳米孔道将溶液中以离子浓度梯度形式存在的化学能转化成为可以利用的电能。实验上使用单纳米孔得到的电功率达到几十皮瓦(pW)。用这种方式转化的电能可以向外电路负载电阻供电，所得到的功率与负载的对应关系满足经典电路原理。它是一种全新的利用纳流体系进行能源转化的方法，并且具有在进一步的集成和功能化后构建可以实际应用清洁能源转化器件的潜质。