在活细胞中,正常生命活动的进行离不开细胞内的大分子拥挤环境。关于一个细胞是如何在拥挤环境中进行各项生命过程的,长期以来备受研究人员的关注。DNA分子作为细胞中重要的遗传物质,研究其在细胞内真实的结构变化有助于人们更深刻地理解各项生命活动的进行。因此,在拥挤环境中研究核酸分子的结构变化对了解核酸在细胞内的生物功能非常重要。目前,已有许多研究方法被用来分析复杂拥挤环境中生物分子的行为。但对于复杂的系统,测量单个分子可能是一种更有效的方法。单分子分析技术是研究复杂系统的强大工具,可以直接测量种群分布和动力学参数,并且能够揭示生物分子的静态和动态变化。近年来,纳米孔技术作为一种免标记、快速、灵敏的单分子分析方法在DNA测序及单分子化学反应等领域得到广泛的应用。本论文基于纳米孔单分子技术探究了在拥挤环境中的发夹DNA折叠-去折叠动力学同时研究了分子拥挤诱导的单链DNA凝聚。具体研究内容如下:1.纳米孔单分子技术对拥挤环境中发夹DNA折叠-去折叠动力学的研究发夹DNA广泛参与DNA的复制、转录与翻译过程,并且可以与蛋白质进行相互作用,影响细胞内正常的生命活动。因此,对发夹DNA的折叠与去折叠动力学研究是十分必要的。我们以α-HL蛋白质纳米孔作为分析元件,通过研究发夹DNA折叠情况与拥挤剂大小、质量体积分数的关系,展示了发夹DNA的折叠-去折叠两态动力学。研究发现,随着拥挤剂分子量和质量体积分数的增加,DNA分子处于发夹状态的数量增加,这主要是源于拥挤剂诱导的发夹DNA更快的闭环速度。发夹DNA形成热力学研究表明,拥挤效应能够显著降低形成发夹DNA的吉布斯自由能,从而在热力学上有利于发夹DNA的形成;同时,动力学研究表明,随着拥挤剂质量体积分数的增加,DNA折叠的速率常数增加了1.25倍,去折叠速率常数减小了接近3倍,即折叠过程在发夹DNA的形成过程中占主要方面。该研究对进一步了解细胞拥挤环境中的生物分子结构和功能具有重要意义。2.单分子分析拥挤效应诱导的单链DNA凝聚DNA缩合和解缩合过程在生物系统中起着重要作用。例如,组蛋白将DNA分子凝聚成染色质,并在基因表达、细胞分裂和其他过程中解聚。因此,研究DNA凝聚对于了解正常的生命活动具有重要意义。我们采用生物纳米孔构建了电化学生物传感平台,在单分子水平上探究了在拥挤环境中单链DNA（ss DNA）缩合过程。研究发现,随着拥挤剂尺寸的增加DNA凝聚程度明显增加,凝聚过程中存在四种DNA形态。通过研究拥挤剂质量体积分数对DNA凝聚过程的影响,发现20%PEG 8000对DNA的凝聚效果最好。此外,我们在20%PEG 8000中对ss DNA的凝聚过程进行了实时监测,发现ssDNA的凝聚是一个由简单到复杂的过程。