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基于纳米孔的基因测序技术被认为是第三代基因测序技术中最具竞争力的解决方案,有望实现快速低成本的基因测序。与生物纳米孔相比,固态纳米孔不仅尺寸可控,而且稳定性高,更适用于DNA分子的检测。目前,固态纳米孔测序亟需解决的问题是DNA分子受电场力驱动易位速率过快,导致在检测过程中难以采集到足够多的电流信号数据点,无法确定其细微的结构特征。本课题以探究DNA分子在固态纳米孔中的易位为目的,搭建了纳米孔制备及生物分子检测实验平台,成功制备不同孔径的氮化硅和石墨烯纳米孔,不仅探究了DNA分子易位纳米孔的形态和规律,还研究了偏置电压、DNA分子浓度和孔径对DNA分子过孔信号的影响。此外,利用链霉亲和素包裹的磁性颗粒与生物素化的DNA分子绑定,实现DNA分子的降速。主要研究工作及成果如下:1)使用聚焦离子束刻蚀氮化硅纳米孔;采用机械剥离的方法获得单层石墨烯样品,利用转移台将石墨烯薄膜转移至氮化硅微米孔芯片,并利用聚焦离子束制备石墨烯纳米孔。2)探究了纳尺度下的电解质溶液输运规律和纳米孔中的DNA分子受到的物理作用,主要分析了DNA分子周围和固态纳米孔壁面出现的双电层效应;DNA分子通过纳米孔单分子传感器时出现的“电动现象”,包括电渗、电泳、流动势和沉降势。3)在相同的实验条件下对比分析了DNA分子易位氮化硅纳米孔和石墨烯纳米孔的检测信号,实验数据基本一致。根据实验结果统计DNA分子易位约30nm氮化硅纳米孔的信号,DNA分子以六种折叠形态与拉直姿态过孔。4)深入研究了偏置电压、DNA分子的浓度及纳米孔直径对DNA分子过孔信号的影响,研究DNA分子易位氮化硅纳米孔的规律,根据实验结果发现,随着偏置电压的增加,DNA分子易位速率加快,信噪比提高,阻塞电流幅值及捕获率线性增加;随着DNA分子浓度的增加,DNA分子过孔持续时间和阻塞电流幅值增加,捕获率呈线性增加;随着孔径的增加,DNA分子易位速率加快,信噪比减小。5)研究了绑定磁珠的DNA分子易位纳米孔的实验,主要包括DNA分子与磁珠绑定机理及步骤研究;通过进行磁珠与纳米孔相互作用、生物素化的DNA分子及链霉亲和素通过纳米孔的实验研究,确定绑定磁珠的DNA分子过孔信号;对比分析游离DNA分子与绑定磁珠的DNA分子过孔信号,根据实验结果,绑定磁珠的DNA分子过孔阻塞电流幅值增加,这是由于每个链霉亲和素上绑定2~3条DNA分子;过孔持续时间可降低两个数量级。