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重金属离子是一种高毒性的污染物,不能被生物降解,会通过食物链进入人体并在体内蓄积。大多数重金属离子即使在微量浓度下也会对人体健康产生危害。目前检测重金属离子的方法有原子吸收光谱、原子荧光光谱、电感耦合等离子体质谱和电化学生物传感器等,这些方法中大多数操作过程复杂,分析时间较长,并且仪器价格昂贵。电化学生物传感器因具有操作简单、成本低、检测速度快、灵敏度高等优点,在重金属离子检测方面引起了研究者们的广泛关注。随着材料科学的发展,越来越多的新型纳米材料被用于制备生物传感器。多孔阳极氧化铝（porous anodized aluminum,PAA）膜具有形状、大小可调、离子传输规律可控等优点,若将其与电化学技术联用,能大大地提高检测灵敏度。因此,本研究以PAA膜为模板,对其进行功能化,如修饰特殊序列DNA,原位生长沸石咪唑骨架-8（zeolite imidazole skeleton-8,ZIF-8）、CdSe@ZIF-8等,进而构建检测重金属离子的纳米通道传感器。本论文的主要内容包括以下三方面:1.PAA膜阵列纳米通道传感器的制备及其在Hg2+检测中的应用利用二次阳极氧化法制备PAA膜,通过硅烷化将氨基引入纳米通道中,通过氨基和醛基的缩合反应,在PAA膜纳米通道中修饰特殊序列DNA（该DNA含有氨基）,通过直流溅射Au纳米颗粒在PAA纳米通道表面构建工作电极。使用扫描电子显微镜（scanning electron microscopy,SEM）和X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）对制备的PAA膜和功能化的PAA膜进行表征。此外,使用电化学工作站施加0 V的还原电位,以Fe（CN）63-为电活性探针,此时Fe（CN）63-的通量由自由扩散决定,电流响应与Fe（CN）63-的通量呈正相关。DNA固定后,纳米通道的电荷密度和空间位阻增加,导致Fe（CN）63-的通量减少,电流响应降低。当存在汞离子(Hg2+)时,由于DNA中的T碱基与Hg2+之间的特异性反应,形成稳定的T-Hg2+-T结构,纳米通道的电荷密度和空间位阻降低,从而增加Fe（CN）63-的通量和电流响应。结果显示,DNA能成功地修饰在PAA膜中,制备的PAA膜的孔径约为20 nm,Au纳米颗粒溅射后PAA膜的孔径减少至5-10 nm。此外,该传感器的线性响应范围为1 p M-100 n M,经计算检测限约为0.08 p M。同时,该传感器具有良好的选择性。与Hg2+相比,其他金属离子(Mn2+、Mg2+、Ba2+、Co2+和Cd2+)的电流响应不明显。2.ZIF-8/PAA膜阵列纳米通道传感器的制备及其在Pb2+检测中的应用以2-甲基咪唑和硝酸锌作为形成ZIF-8的反应前驱液,PAA膜为模板。通过原位生长法制备ZIF-8/PAA膜阵列纳米通道传感器。使用SEM、XPS、透射电子显微镜（transmission electron microscopy,TEM）、X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）、热重分析（thermogravimetric analysis,TGA）、差示扫描量热法（differential scanning calorimetry,DSC）对制备的ZIF-8、PAA膜和ZIF-8/PAA膜进行表征。此外,以Ag/Ag Cl电极为工作电极并施加0.01 V电位,进行i-t测试。当Pb2+存在时,纳米通道中氮原子可与Pb2+发生配位相互作用,引起纳米通道内电荷密度和空间位阻增加,电流响应降低。结果表明,制备的PAA膜的孔径约为200 nm,ZIF-8能修饰在PAA膜纳米通道内,ZIF-8修饰后,PAA膜的孔径减少至0.8-1.2nm。ZIF-8/PAA膜阵列纳米通道传感器是通过Pb2+与ZIF-8/PAA膜中氮原子的配位相互作用来检测Pb2+。该传感器具有良好的浓度线性范围（10 n M-10μM）。由于纳米通道的电场富集作用,检测限可达到0.03 n M。此外,该传感器对Pb2+具有良好的选择性。与Pb2+相比,其他金属离子(Co2+、Cd2+、Ba2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+和Ag+)的电流响应不明显。3.CdSe@ZIF-8/PAA膜阵列纳米通道光谱/电化学分析方法用于检测Cu2+以CdSe量子点、2-甲基咪唑、硝酸锌为反应前驱液,通过原位生长法制备CdSe@ZIF-8/PAA膜纳米通道传感器。使用SEM、TEM对合成的ZIF-8和CdSe@ZIF-8进行表征。合成的CdSe量子点、ZIF-8和CdSe@ZIF-8使用TEM进行表征。使用XPS对合成的CdSe量子点、ZIF-8、CdSe@ZIF-8、ZIF-8/PAA和CdSe@ZIF-8/PAA进行表征。使用倒置荧光显微镜对合成的PAA、ZIF-8/PAA和CdSe@ZIF-8/PAA进行观察以确定制备样品的荧光性质。通过电化学工作站施加电压,使Cu2+在纳米通道中富集,同时通过荧光显微镜观察到荧光强度的变化,最后通过光谱仪将这些变化呈现出来,更准确的定量。结果表明,CdSe量子点能被固定在ZIF-8中;ZIF-8和CdSe量子点可修饰到PAA膜中;CdSe@ZIF-8/PAA膜的荧光由CdSe量子点引起的,CdSe@ZIF-8/PAA膜阵列纳米通道的荧光可被Cu2+猝灭;CdSe@ZIF-8/PAA膜阵列纳米通道对Cu2+检测具有良好的浓度线性范围（0.01 p M-1μM）。由于纳米通道的电场富集作用,检测限可达到0.004 p M。此外,该传感器对Cu2+具有良好的选择性。与Cu2+相比,其他金属离子(Zn2+、Pb2+、Mn2+、Fe3+、Co2+、Cd2+和Ba2+)对CdSe@ZIF-8/PAA膜阵列纳米通道的荧光猝灭效果不明显。