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核酸在各项生命活动中起着重要作用。根据糖骨架的差异,核酸可以分为DNA和RNA。对于核酸物质的检测有助于我们分析病毒感染,进行癌症诊断,建立基于生物标志物模式的其他疾病分析。聚合酶链式反应(PCR)能在短时间内对微量核酸进行百万倍扩增,为核酸进一步检测提供了可能。虽然单细胞测序技术已获得成功,但继续发展新型技术,更加便捷的获取单细胞内核酸分子,并有效提高PCR反应进程,降低核酸分子的检出限,从而进一步提升单细胞测序技术的能力仍然十分必要。鉴于实验室前期已成功开发基于纳米毛细管的“单细胞试剂盒”策略,实现对单细胞内分子及细胞器的取样和分析,本论文将力争扩展单细胞纳米毛细管分析范围,利用纳米毛细管尖端的限域空间提升核酸分子扩增的效率,并可实时原位分析毛细管内核酸分子的扩增进程,为后期建立基于纳米毛细管单细胞核酸取样及分析打下坚实的基础。基于以上思路,本论文主体部分建立了一种包含纳米毛细管针尖限域空间内PCR反应的两步核酸扩增方法,显著提升了核酸分子扩增的效率,降低了对核酸分子的检出下限。在此基础上,运用亚甲基蓝作为电化学指示剂,尝试建立了可利用纳米毛细管尖端电极实时监控限域空间内核酸分子扩增进程的新方法,从而有望实现利用纳米毛细管对核酸分子的取样及测量一体化的分析。在开展该项工作的同时,利用纳米毛细管口的离子电流,对样本表面的电荷分布进行原位、高空间分辨成像。该工作尚处于早期阶段,其最终可实现单细胞表面电荷分布的实时成像,从而为进一步了解单细胞在各种生理过程的电荷变化提供新型技术手段。本论文第一部分工作建立了包含纳米毛细管尖端限域空间内PCR反应的两步核酸扩增方法。将PCR反应所需的各种分子灌入尖端开口约～119 nm毛细管内,通过注射泵吸取DNA模板分子进入毛细管针尖区域,置于PCR仪进行第一步PCR反应;随后将针内反应后溶液放入微升级溶液中进行第二步PCR;扩增后的DNA分子经过凝胶电泳成像检测,获得单一清晰的目标DNA分子条带。对比微升级溶液中的一步PCR反应,两步PCR反应利用纳米限域空间提高了分子的碰撞几率,提高了扩增效率,可对低达7500个DNA分子进行扩增和检测,有望为实现超痕量DNA的检测提供一种新思路,拓展出单细胞核酸检测的新方法。针对凝胶电泳成像难以实时分析的不足,本论文第二部分工作尝试建立基于纳米毛细管尖端电极的实时PCR电化学检测新方法。利用亚甲基蓝分子与双链DNA结合态比游离态亚甲基蓝分子扩散速率小,检测到的电信号降低这一特性,在纳米毛细管内电极表面收集亚甲基蓝在PCR反应过程中的电信号。通过电流值的下降,可获取DNA分子扩增的进程,从而为后期利用纳米毛细管实现单细胞内核酸分子取样、扩增及分析打下技术基础。本论文第三部分工作利用纳米毛细管口的离子电流,开发了可探测表面电荷分布的新型电化学成像方法,以希望后期对单细胞表面电荷分布进行研究。在早期工作中,主要利用Pt-graphite电极界面作为模型,研究了电荷在两种材料及交界处的电荷分布情况。在电极表面施加不同电压的情况下,观测到界面处较两种材料平面处更高的电荷密度,实现了该技术对表面的电荷密度的灵敏成像,有望运用于研究单细胞在各种生理过程中表面电荷的改变情况。