自然界生物体中离子通道的离子和分子定向输运对于生物系统起着信号传导、能量转移等作用。受生物体中离子通道的启发,研究者们利用各种材料制备了多种人工纳米孔道,如高分子膜离子径迹纳米孔、生物蛋白分子纳米孔、无机材料微纳加工纳米孔等。这些纳米孔道的材料性质、表面属性和形状结构与其特异性紧密相关,在能量转换、响应性纳米开关、DNA检测和离子、分子的筛选方面显示出了优异的性能,部分研究已经初步实现了产业化。基于离子辐照潜径迹蚀刻技术制备的高分子膜微纳孔道已经在离子整流、过滤和响应性开关等研究中展现出精确可控、易于修饰的优势。但是多价态离子在纳米孔道中的传输行为研究深度不足,一些新的整流现象机理还不清楚,同时基于磁场响应的非接触式可控纳米孔道鲜有报道。本论文利用高能微束装置单离子辐照和径迹蚀刻成功制备了单锥形PET纳米孔道,深入研究了纳米孔道的多价态离子传输行为和调控机理,制备了一种快速响应的磁控纳米孔道。通过电化学实验测量和有限元多物理场仿真系统地研究了PET单锥形纳米孔道内的离子输运。研究发现高浓度金属离子可影响PET纳米孔道表面电荷密度,二价和三价阳离子（Mg2+、Cr3+和Fe3+）通过物理和化学吸附可改变纳米孔道的内表面电荷极性,从而导致纳米孔道的离子选择性反转,但是一价阳离子无法导致离子选择性反转。实验发现电场对纳米孔道中的离子传输具有一定的调控作用,这种调控主要是由于超过阈值电压时孔道表面的羧基-阳离子键断裂导致阳离子解离及孔道表面PET分子链重排,从而引起纳米孔内表面电荷密度的变化。氯化镁溶液中二价镁离子的电场调控吸/脱附效应是可逆的,但对三价金属离子是不可逆的。建立了多物理场下的纳米孔离子输运模型,模拟得到了纳米孔道内不同电场下的K+与Mg2+离子浓度分布,整流系数的变化规律与离子价态的关系与实验相符合。这些发现揭示了电压门控生物离子通道的工作机制,为微纳孔道离子整流与过滤调控提供了新的视角,在离子分离、生物分子检测和纳米通道能量收集等领域有着潜在的应用前景。在上述PET纳米单孔道的离子输运研究基础上,利用酰胺化合的方式在PET单锥形纳米孔道上依次修饰DNA单链和纳米磁性颗粒成功制备了磁控纳米通道。这些纳米磁珠在纳米孔表面形成一层链球结构,具有超顺磁性的纳米磁珠在磁场作用下定向运动从而控制纳米孔道的开通和闭合。当磁场强度为220 mT的永磁体被放置于纳米孔道大/小孔端处时,纳米孔道会在亚秒量级的时间内转变为开通/闭合状态,其中开关比达到了18.4。这种磁控纳米通道不仅在智能释药和非接触控制等方面具有独特的优势,也为鸽子利用地磁场定向机理研究提供了一种新思路。