光化学探针是人们快速准确了解目标分析物的化学信息和感知微观世界的有效工具。从作用机制上讲,光化学探针大致可以分为纯化学反应型和非共价键作用主导型两种。其中,化学反应型探针在响应过程中涉及到共价键的断裂与生成,且大多数情况下不可逆,故此类化学反应型探针仅能实现一次性传感。这使得化学反应型探针在重复利用和对目标分析物的动态监测等方面具有很大局限性。相反,超分子非共价键作用的动态可逆、刺激响应等特点在可逆型光化学探针的设计和构建中具有巨大优势,有望弥补纯化学反应型探针在可逆性方面不足。超分子非共价键作用主要包括氢键作用、主-客体相互作用、静电作用、范德华力以及电荷转移相互作用等,其中涵盖多种非共价键作用的主-客体相互作用在构建可逆型光化学探针方面具有重要应用价值。本论文拟从以下几个方面对可逆型超分子光化学探针的设计和应用做了研究:1)基于可逆的分子构象转换策略,设计合成了用于温度可逆检测的超分子荧光探针;2)基于大环催化的可逆光二聚反应策略,设计合成了用于紫外-蓝光辐射可逆响应的超分子比色探针;3)基于自组装体之间的竞争可逆转换策略,设计合成了用于苯丙氨酸（Phe）检测的超分子荧光探针。详细内容如下:第一章中,首先阐述了光化学探针的概念、设计原理以及可逆型化学探针的意义及需求。其次,介绍了几种主要的非共价键作用及其特点,并举例论述了基于这些非共价键的光化学探针结构设计和识别机理。最后,详细介绍了在主-客体相互作用中扮演重要角色的大环主体分子及其在超分子化学探针中的应用。第二章中,提出了γ-环糊精（γ-CD）诱导的客体分子构象及发光机理可逆转变的策略,并结合温度控制的超分子组装-解离平衡移动原理,构建了可逆型温度响应的超分子荧光探针。首先,我们合成了一个由柔性烷基链连接,两端分别包含一个富电子的香豆素基团和一个带正电荷的萘酚-吡啶鎓基团的客体荧光分子N。在水溶液中,分子N与γ-CD进行主-客体相互作用并以独特的自折叠构象嵌入到γ-CD的空腔中,形成具有局域激发态（LE）和分子内电荷转移态（ICT）双发射的自组装体NCD。温度的改变诱导NCD络合平衡移动,客体分子N的构象在伸展和折叠两种模式之间可逆切换,同时N的两种荧光发射也在动态可逆变化。基于此特性,NCD对温度传感表现出高灵敏度以及优异的可逆性能,并且实现了细胞内的温度传感。第三章中,提出了基于葫芦脲[8]（CB[8]）催化的客体分子可逆光二聚反应的策略,构建了可逆光刺激变色响应的三元超分子探针。首先,设计合成了一个光敏感的吡咯乙烯基吡啶鎓衍生物M,它在水溶液中可以与CB[8]进行主-客体识别,形成一种具有三元自组装结构的超分子复合物CB[8]（?）M2。在该复合物中,CB[8]的催化作用极大提高了M的光二聚反应动力学和可逆性。同时,客体分子M的光二聚/解聚反应伴随着可逆的颜色变化。基于此,CB[8]（?）M2对光刺激表现出良好的可逆变色响应。因此,CB[8]（?）M2掺杂的水凝胶可以作为一种比色探针,用来可逆检测长波紫外（UVA:315-400 nm）和高能蓝光（400-460 nm）辐照量。此外,由于CB[8]能够调控客体分子M的光二聚反应动力学,因此改变CB[8]在复合体系中的含量,可以调控复合物的变色时间。这种时间依赖的变色反应可以应用于时间分辨的加密技术中。第四章中,提出了基于CB[8]大环的可逆竞争自组装策略,构建了一种三元自组装结构的超分子荧光探针,实现了对Phe的荧光检测。首先设计合成了一系列水溶性荧光分子G1、G2、G3和G4,然后在水溶液中与CB[8]通过主-客体相互作用自组装形成四种Phe检测的“turn-on”型荧光探针（CB[8]（?）Gn）。其中,CB[8]（?）（G4）2对Phe识别表现出良好的选择性和较高的荧光响应信噪比。此外,超分子探针CB[8]（?）（G4）2与Phe作用后形成了一种“1:1:1”的新三元自组装结构CB[8]（?）G4-Phe,同时荧光强度大大增强,从而实现了对生物样本中Phe的快速、准确检测。考虑到非共价键动态可逆的特性,这种基于主-客体竞争型的超分子探针具有可逆检测Phe的潜力。