分子分离膜是指具有高度有序且超小孔道的纳米均孔膜，能在分子水平上精确实现对不同分子的选择性分离。它们在分离分析、样品纯化、海水淡化、分子传感、药物控释、纳流控、模拟细胞膜等领域中展现出潜在的应用价值。细胞膜就是其中一类分子分离膜，它具有高密度的超短和超小蛋白通道，可以传输特定目标物质，既具有较好的选择性，又具有较高的通量。然而，细胞膜的不稳定性使其难以用于实际分离分析。受到细胞膜的启发，人们尝试合成一系列人工纳米均孔膜用于分子分离。理想的分子分离膜应具有超薄的厚度、均匀且接近分子尺寸的孔径、有序规则的垂直纳米通道、较高的孔隙率以及优良的稳定性等特点。然而，制备出这样的膜还具有一定的挑战。本论文采用基底生长法结合聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)转移法制备出自支撑二氧化硅纳米通道膜(silica nanochannelsmembrane，SNM)，满足理想膜的所有要求。该薄膜可以用于实现基于尺寸、电荷、亲疏水的分子过滤，也可以进行不对称修饰用以模拟生物蛋白通道的选择性传输和门控效应。　　第一章介绍了分子分离膜的工作机理包括尺寸效应、电荷效应、亲疏水效应等。接着分别介绍了不同种类的分子分离膜包括微/纳加工膜、径迹蚀刻膜、阳极氧化膜、嵌段共聚物自组装膜、垂直碳纳米管膜、石墨烯膜和纳米颗粒自组装膜。并着重介绍了这些膜的制备方法以及其优缺点。最后概述了分子分离膜的一些应用。　　第二章利用基底生长法结合PMMA转移法制备了自支撑二氧化硅纳米通道膜。通过详细表征，发现其具有超薄厚度（10-200nm）、高度有序的垂直孔道、均匀且超小的孔径(2.3 nm)、极高孔隙率(4.0×1012 pores/cm2)以及良好的稳定性。该薄膜可以实现基于尺寸、电荷的精确分子分离。同时分子通过超小纳米通道的速率可以通过调节pH、离子强度或者表面修饰而改变。除了优良的分子分离能力外，SNM也呈现出较高的分子通量，远远高于普通商品化膜。　　第三章采用PDMS蒸发法修饰SNM，在其超小、超短纳米通道中上方区域沉积上疏水的PDMS，而通道下方还保留原始亲水结构，用于模拟细胞蛋白通道的选择性传输、高通量以及门控效应。该薄膜即使处在复杂体系内，也展现出非常优异的基于亲疏水、电荷、尺寸的分子选择性分离能力和较高分子通量。所以，既可以用于分子过滤，也可以用于疏水小分子（比如有机磷农药）的电化学传感。同时，该通道也能在电压、pH、盐浓度等刺激下打开或关闭，类似生物体内的咸味受体离子通道(transient receptor potential vanilloid type-1，TPRV1)和酸敏感离子通道(acid-sensing ion channels，ASICs)。当通道关闭时，所有离子均不可以通过。而当其打开时，只允许体积小的正电荷分子通过，展现出良好的开关效应。　　第四章对以上两个工作进行了总结，并展望了该SNM的应用前景。