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核酸是重要的生物大分子，是生物遗传的物质基础，在生物体的生长、发育、遗传和变异等生命进程中起着决定性的作用。核酸分离分析技术的研究与应用，为其结构和功能研究奠定了基础，为揭示生命机制提供了有力手段，对于推动生物化学、分子生物学、基因组学、临床诊断和法医鉴定等研究领域的发展具有十分重要的意义。 本论文发展了一种可实现核酸在自由溶液中分离的方法——微纳毛细管色谱法，该方法无需使用筛分介质，无需对毛细管内壁进行修饰，在无“拖曳标签”和外加电场下，可在一次分离操作中实现对宽尺寸范围内DNA分子的高效分离。主要研究内容如下: (1)运用微纳毛细管色谱法在自由溶液中对单链DNA(single-stranded DNA，ssDNA)和双链DNA(double-stranded DNA，dsDNA)片段进行分离，研究了洗脱液浓度和洗脱压力对DNA分离的影响。DNA片段在自由溶液中、无筛分介质条件下的分离严格按照其分子大小，大的DNA片段先于小的DNA片段被洗脱出来。保留时间随着洗脱液浓度的提高而延长。研究发现洗脱液浓度改变对不同大小的DNA片段有着不同的影响，这是由于DNA分子的尺寸和构型不同，导致其随离子强度的变化存在差异所引起的。加大洗脱压力时，分析时间缩短，DNA片段的分离度稍有下降，但仍能达到高效的DNA分离。这一分离方法在DNA的分离应用中具有很大潜力。 (2)采用微纳毛细管色谱法研究了压力驱动下10bp到1.9Mbp范围内的dsDNA片段在750nm半径毛细管受限通道内的运动。将DNA按不同大小划分为四个区域，分别为棒状区、自由卷曲区、恒定迁移率区和过渡区。棒状区由短于持久长度(150bp)的dsDNA片段组成，这一区域的DNA分子呈棒状;自由卷曲区包含150bp到2kbp的DNA片段，其分子呈自由卷曲状。恒定迁移率区包含100kbp以上的DNA片段，此区域内的DNA迁移率恒定所以无法得到分离。自由卷曲和恒定迁移率之间的区域为过渡区。这四个区域范围是和毛细管半径大小密切相关的，可以通过调控毛细管半径的大小对不同尺寸范围内的DNA片段进行分离。该研究结果为自由溶液中DNA的分离提供了理论依据，对于芯片实验室技术的发展具有重要意义。 (3)利用微纳毛细管色谱分离方法实现了大DNA片段在自由溶液中的分离，该方法具有高分辨、快速、经济等特点。对色谱参数和分离性能进行了研究，并应用于实际生物DNA样品（拟南芥BAC DNA的SacⅡ酶切产物和水稻BACDNA的PmeⅠ酶切产物）的分析。与琼脂糖凝胶电泳和脉冲场凝胶电泳方法进行了对比，本方法展现出更高的分离分析效率。PmeⅠ酶切的水稻BAC DNA产物中所有的DNA片段（尺寸范围为0.44到119.041kbp）可在26min内达到完全分离，证明了本方法可以在一次分离运行中实现宽尺寸范围内DNA片段的快速分离。此方法可作为脉冲场凝胶电泳的替代方法，用于DNA的分离与分析，将会显著提高工作效率，节约资源。 (4)研制了一种适用于微纳通道可视化校准及柱上检测的高灵敏激光诱导荧光检测系统。该检测系统采用共聚焦型结构，由激发光路、荧光收集光路和成像校准光路构成。采用柱面透镜对激光光束进行整形以提高空间分辨能力，通过光路设计及各部件间的匹配优化，从光谱、空间过滤等方面降低背景噪音，采用单光子计数模块进行信号捕获。成像校准光路可实现微纳通道检测窗口的可视化校准及实时显示。将该系统与微纳毛细管色谱方法相结合用于核酸的分析检测，可实现5个碱基对链长差异dsDNA片段的分离和单碱基链长差异ssDNA片段的分辨，并可应用于miRNA的分析检测。本检测系统灵敏度高，稳定性好，适用于微小体积样品的检测，可与多种毛细管或微芯片分离技术联用，可广泛应用于食品、药物、环境污染物、核酸、蛋白质、细胞等分析检测中。