纳米孔作为一种对单分子聚合物的分析表征和测试手段近年来得到研究人员的广泛关注，尤其是作为第三代快速低成本测序技术用于DNA测序领域更激发了人们的研究热情。纳米孔的研究方向主要包括生物孔和固态孔，最近生物孔器件首次实现了基于纳米孔的DNA分子测序能力，而固态纳米孔在实现测序的目标上仍存在两大障碍:(1)纳米孔的空间分辨率问题。传统SiN纳米孔的有效厚度（10 nm以上）远远大于DNA分子碱基之间的距离(0.32nm)，无法分辨单个碱基所引起的信号变化;(2)纳米孔的时间分辨率问题。DNA分子穿过纳米孔时的速度太快，每个碱基的停留时间远小于仪器设备的分辨率。本文中实验的主要目的是为了解决固态纳米孔目前发展的瓶颈之一:纳米孔的空间分辨率问题，通过对原子层厚介电材料和导电材料纳米孔的制备、分析和对DNA分子的探测表征，得到原子层厚纳米孔器件的基本性质，并在实验上证实原子层厚纳米孔相对于传统SiN纳米孔较高的空间灵敏特性——实现单个碱基的空间分辨能力。另外结合DNA分子与原子层厚薄膜之间的强相互作用，根据原子层厚纳米孔对双链DNA分子的探测结果，我们提出了实验上可行的实现固态纳米孔测序的方法:利用DNA分子与原子层薄膜表面的相互作用减慢DNA分子的穿孔速度，同时结合原子层厚纳米孔高的空间分辨率和灵敏度特性来分辨穿孔的碱基序列。　　本文中的主要研究内容和研究成果如下:　　1.批量制备了SiN芯片，并对制备的SiN纳米孔在透射电子显微镜和扫描电子显微镜下进行了可控形变的研究，给出了形变的物理解释。SiN芯片也为后续的SiN、石墨烯、氮化硼纳米孔器件制备提供了基础。　　2.制备了传统SiN纳米孔器件，实现了对10 kb双链DNA分子的探测，得到单个纳米孔上万个DNA分子的测量结果，并研究了在不同电压下DNA分子的穿孔行为。利用SiN纳米孔优化了实验中的器件测量流程和结果分析方法，为后续的单原子层薄膜测量提供了基础。　　3.利用实验室已有的积累，发明了一种快速、可控的原子层薄膜转移方法，并利用该方法制备了石墨烯纳米孔器件。该方法将PMMA聚合物和电子束曝光结合起来，可以高质量的定点转移任意大小的原子层厚薄膜样品，可用于结构复杂的原子层薄膜功能器件制备。　　4.单原子层石墨烯纳米孔器件制备和表征。制备了干净无污染的单原子层石墨烯纳米孔器件，纳米孔的大小可控（由于电镜分辨率的原因，直径≥2 nm），并研究了高能电子束对石墨烯薄膜损伤的影响。与实验室中合作者一起利用荧光标记研究了石墨烯薄膜与DNA分子的相互作用，以及表征了DNA分子的穿孔行为随石墨烯纳米孔孔径大小的变化，第一次从实验上证明了石墨烯纳米孔对于探测DNA分子时高的空间灵敏度。　　5.双原子层氮化硼纳米孔器件制备和表征。实验中制备了干净无污染的BN纳米孔器件，第一次实现了对10 kb双链DNA分子的探测，研究了DNA分子在不同电压下的穿孔行为，并与SiN纳米孔进行了比较。BN的探测结果与石墨烯纳米孔一致，表明BN纳米孔也具有高的空间分辨率和灵敏度。同时实验中观察了DNA分子与BN薄膜的相互作用对DNA分子在穿孔过程中的减速作用，提出了利用原子层厚BN纳米孔器件实现DNA分子测序的方法。　　6.下一步的研究计划。利用发明的原子层薄膜转移技术制备BN/graphene/BN三明治纳米孔结构，实现纳米孔功能的多样化。　　本文从最传统的纳米孔器件SiN研究起步，完整分析和表征了传统纳米孔SiN和原子层厚纳米孔器件graphene和BN的基本性质，对未来固态纳米孔实现终极测序的目标有着积极的意义。