各类细胞器、细胞骨架的存在会导致细胞内形成高浓度的复杂拥挤环境,进一步影响细胞内生物大分子的结构及功能,已有诸多研究表明拥挤环境会导致生物分子结构及稳定性的变化,但拥挤环境究竟是如何影响生物分子结构及相互作用,这仍然是一个值得思考的难题。纳米孔单分子技术,通过对分析物穿过纳米孔时导致的离子电流阻塞信号来实现对生物样品分子的结构,大小电荷等性质表征。由于该技术具有简单、快速、免标记等优点,其被广泛用于DNA、RNA、蛋白质相互作用及各种金属离子检测等研究领域。此外,从单分子水平上探究生物分子,比如DNA、蛋白质、酶等相互作用的影响具有重要研究价值,对于促进与人类相关的疾病诊疗手段发展迈出了一大步。本论文以α-HL蛋白质纳米孔为分析元件,以PEG作为拥挤剂来模拟细胞内拥挤环境,研究了不同分子量大小、不同浓度PEG对分析物穿孔行为的影响,构建了一种用于分析DNA和蛋白质相互作用的新平台。主要内容如下:1.基于α-HL纳米孔对拥挤环境中双链DNA的研究DNA作为生命主要遗传物质之一,在基因的表达,转录与翻译过程中发挥着重要作用。通过向电解质溶液中添加不同浓度和不同分子量的拥挤剂,探究了双链DNA在电场作用下与纳米孔的相互作用。通过分析双链DNA穿孔的滞留时间和频率,发现随着拥挤剂浓度和分子量的增加,双链DNA的穿孔几率逐渐增加,且其滞留时间增加,进一步研究了拥挤环境对含有一个错配碱基对双链DNA穿孔行为的影响,发现拥挤剂存在增加了含错配碱基对的双链DNA的稳定性,使其穿孔的滞留时间显著增加。同时,我们还发现在不对称拥挤环境条件下不同程度地延缓了完全互补的双链DNA的穿孔行为。2.基于α-HL纳米孔对拥挤环境中金属离子介导的Aβ聚集的研究新生肽链如何折叠成为具有特定结构和功能的蛋白质以及如何解决折叠过程中易导致的错误折叠与聚集问题引起研究者的关注。实验中采用15%（w/v）PEG 4000作为拥挤试剂来模拟细胞拥挤环境,通过分析Aβ蛋白穿过纳米孔时引起的电流阻塞幅度（I/I0）、滞留时间(τoff)等来研究金属离子介导的Aβ肽折叠与聚集问题。研究表明大分子拥挤促使Aβ1-40肽构象由折叠结构转向无规则卷曲结构,致其形成易于聚集的构象。同时,在单分子水平上通过分析滞留时间,穿孔频率等观察到由金属离子Cu2+介导的Aβ聚集,通过分析离子电流相对阻塞比证实了Cu2+的加入诱导Aβ的构象发生变化。进一步探究了拥挤环境中不同的金属离子和Aβ肽形成的复合物构象变化,以及与纳米孔之间的结合力差异。该研究为了解细胞内蛋白质的构象变化提供了实验基础,并为探究阿尔兹海默症、帕金森病等相关发病机制提供了一种有效方法。