本书是一部系统阐述纳米孔道电化学分析方法及应用的著作，在综述纳米孔道电化学发展历史、原理和应用的基础上，针对生物纳米孔道、固态纳米孔道、玻璃纳米孔道，介绍了其原理、特点和实验技术的要点与细节，详细列出了目前纳米孔道电化学测量仪器的组成及性能指标等，讲解了纳米孔道电化学信号分析处理方法，总结了这些方法与技术在单个体测量的新进展，并列举了丰富的应用实例。同时展望了纳米孔道电化学分析领域的前沿和发展趋势。
本书汇集了作者团队多年的研究成果和教学经验，系统介绍了纳米孔道电化学技术的原理、发展及应用，兼具前沿性、实用性和综合性，可供分析化学、电化学、单分子科学、传感等领域的研究人员及高等院校相关专业学生参考使用，也可用作高等院校分析化学、仪器分析等相关专业的教学参考书。
龙亿涛，南京大学生命分析化学国家重点实验室教授，国家杰出青年科学基金获得者、教育部长江学者。2007年回国在华东理工大学建立课题组。2019年起任南京大学化学化工学院教授，南京大学分子传感与成像中心主任。2023年起任安徽工业大学学术副校长。研究方向为纳米孔道单分子传感、光谱电化学限域测量、电分析仪器装置研制。共发表SCI论文300余篇，包括Nat. Nanotechnol., Nat. Chem., JACS.等期刊，总引超过2万余次，H-index75；获上海市自然科学一等奖，中国分析测试协会科学技术特等奖和中国化学会分析化学基础研究梁树权奖。主持基金委创新研究群体、重大科研仪器研制专项和863重大项目课题等；负责科技部重点领域创新团队“单个体生命分析化学创新团队”；曾任ACS Sensors创刊副主编，现任Chemical Science、Research、《高等学校化学学报》副主编。
第1章 纳米孔道电化学基础与应用 001
1.1 纳米孔道电化学分析 002 纳米孔道电化学分析 002
1.2 纳米孔道的分类 002
1.3 纳米孔道电化学技术原理 003
1.4 纳米孔道电化学分析的应用 006
1.4.1 纳米孔道单分子测序 007
1.4.2 纳米孔道单分子分析 008
1.4.3 纳米孔道限域可控单分子化学 010
1.4.4 纳米孔道单个体电化学 011
参考文献 012
第2章 生物纳米孔道检测系统 017
2.1 磷脂双分子层 018
2.1.1 磷脂双分子层的构建 020
2.1.2 磷脂双分子层膜的表征 023
2.2 蛋白质生物纳米孔道及其组装 024
2.2.1 蛋白质生物纳米孔道 024
2.2.2 蛋白质生物纳米孔道的组装 026
2.3 纳米孔道电化学实验 030
2.3.1 电极的制备 030
2.3.2 检测池的装配 031
2.3.3 实验操作步骤 032
2.3.4 孔道内的基础电化学机制 039
2.3.5 生物纳米孔道单分子实验注意事项 042
2.4 生物纳米孔道的可控构建 045
2.4.1 孔道内天然氨基酸的定点突变 045
2.4.2 孔道内非天然氨基酸的引入 047
2.4.3 孔道内的化学修饰 050
2.4.4 其他孔道 052
参考文献 054
第3章 固体纳米孔道检测系统 057
3.1 固体纳米孔道 058
3.2 固体纳米孔道体系的构建 058
3.2.1 电化学可控刻蚀的固体纳米孔道制备平台的搭建 061
3.2.2 固体纳米孔道制备平台软件控制系统的开发 063
3.3 固体纳米孔道体系的表征 067
3.3.1 I-V曲线对纳米孔道孔径的表征 067
3.3.2 TEM对纳米孔道孔径的表征 067
3.4 固体纳米孔道体系的修饰 068
3.5 固体纳米孔道实验 069
3.5.1 检测池的装配 069
3.5.2 固体纳米孔道检测实例 070
参考文献 079
第4章 玻璃纳米孔道单个体测量 081
4.1 玻璃纳米孔道 082
4.2 玻璃纳米孔道的构建方法 083
4.3 玻璃纳米孔道的表征 087
4.4 功能化玻璃纳米孔道及无线纳米孔电极的构建 089
4.4.1 玻璃纳米孔道的功能化 089
4.4.2 新型无线纳米孔电极的制备及表征 091
4.5 玻璃纳米孔道实验 097
4.5.1 实验材料 097
4.5.2 无线纳米孔电极的制备 098
4.5.3 离子的高灵敏度检测 099
4.5.4 淀粉样蛋白分子聚集过程分析 101
4.5.5 活细胞的氧化还原代谢检测 103
4.5.6 单个纳米颗粒检测 106
参考文献 108
第5章 纳米孔道微电流电化学测量仪器 111
5.1 仪器组成 113
5.1.1 微电流放大器 113
5.1.2 模数/数模转换 117
5.1.3 微控制器及软件 119
5.2 仪器性能指标 120
5.2.1 系统带宽 120
5.2.2 噪声及降噪措施 121
5.2.3 仪器校准 133
5.3 纳米孔道检测仪器的发展 135
5.3.1 常见的商品化仪器 135
5.3.2 自主研发的单分子测量仪器 137
参考文献 138
第6章 纳米孔道电化学信号分析与处理 140
6.1 信号预处理 141
6.2 数据处理获取信号的原理和方法 143
6.2.1 阈值法 143
6.2.2 等效电路还原法 146
6.2.3 积分电流面积还原法 148
6.2.4 基于极值跃迁法的信号处理 154
6.3 纳米孔道信号频域分析方法 159
6.4 其他纳米孔道信号分析方法 161
6.4.1 基于形状的信号识别与数据分类 161
6.4.2 基于HMM的机器学习算法识别信号 162
6.4.3 DNA数据存储 164
6.5 纳米孔道数据处理基础操作 165
6.5.1 MOSAIC 165
6.5.2 Nanopore Analysis 167
6.5.3 PyNanoLab 167
参考文献 172
第7章 纳米孔道电化学限域可控单个体分析 175
7.1 生物纳米孔道应用 176
7.1.1 生物纳米孔道检测原理 176
7.1.2 基于单分子界面的动态分析 176
7.1.3 单分子反应 183
7.1.4 基于相互作用的单分子界面传感性能的精准调控 188
7.2 固态纳米孔道应用 192
7.2.1 固态纳米孔道的表面修饰 193
7.2.2 固态纳米孔道单分子检测 196
7.2.3 固态纳米孔道DNA测序 197
7.2.4 固态纳米孔道检测单分子构象变化 198
7.2.5 基于二维材料的固态纳米孔道传感应用 201
7.2.6 光电同步检测 202
7.3 玻璃纳米孔道应用 205
7.3.1 玻璃纳米孔道的电化学分析原理 205
7.3.2 基于整流现象的单分子分析方法 207
7.3.3 玻璃纳米孔道单分子及单颗粒分析 209
7.3.4 基于玻璃纳米孔道的单细胞分析 216
7.3.5 新型玻璃纳米孔道电极的应用 219
参考文献 222
第8章 总结与展望 232
参考文献 246
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