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在自然界,生物离子通道能够选择性的传输特定的分子、离子,这在维持生命体的正常运转中起着非常关键的作用。受到生物离子通道的启发,仿生纳米通道由于其具有高的物理稳定性和形状、表面化学可控的特点,引起了人们的广泛关注。通道的响应性能主要通过目标离子或分子与固定在通道表面的配体相互作用后产生。大多数的相互作用是基于弱的相互作用,如氢键、静电相互作用等等。这些弱的相互作用使得体系响应的选择性不强,抗干扰能力较弱。这些体系不能真正的模仿生物通道来完成在复杂体系和实际样品中的响应。因此,设计开发智能纳米材料模拟生物离子通道来完成在复杂体系中选择性响应是一个非常具有挑战性的工作。其中反应型化学传感器利用特定的化学反应对客体分子进行识别,即形成或破坏主客体之间强的化学键,而非基于传统的较弱的相互作用。因此,这些体系对特定的分子具有高的选择性,抗干扰能力强,并可以实现在复杂体系和实际样品中的响应。 设计开发基于反应策略构建的响应型仿生纳米通道,实现高选择性响应,同时进一步实现在复杂体系和实际样品中的高选择性响应。这对于模拟和研究生物体中物质的传输具有非常重要的意义。本论文开展了以下五个方面的研究工作: 1)基于硼酸酯反应策略构建pH调控的葡萄糖响应仿生纳米通道。将苯硼酸修饰到通道表面,利用苯硼酸与葡萄糖形成硼酸酯的反应实现对葡萄糖的选择性响应,同时通过调节pH值来控制硼酸酯的水解与形成,进一步实现了通过pH调控的葡萄糖响应的开关功能。 2)基于巯基—炔点击反应构建了半胱氨酸响应的仿生纳米通道。将丙炔胺修饰到通道表面,利用巯基—炔点击反应,在紫外光照下半胱氨酸与丙炔胺反应。实现了对半胱氨酸的特异性响应。同时由于该体系具有较高的抗干扰能力,被成功的用于复杂体系和实际样品检测中。 3)基于邻胺环化反应策略构建了一氧化氮响应的仿生纳米通道。利用芳香邻胺在氧气存在下与NO形成三氮唑的反应。成功的在通道内构建了对一氧化氮气体响应的仿生纳米体系。 4)无需修饰的纳米通道内构建多响应仿生体系。由于前期的响应体系均需要在通道内进行化学修饰,修饰后的通道的稳定性下降,修饰量往往很难准确控制。这些都影响着通道的响应性能。因此提出通过添加响应分子成功构建了一个基于无需修饰的多响应通道平台。 5)基于叠氮还原成胺的反应构建了无需修饰H2S响应的仿生纳米通道。反应型的响应纳米通道由于是形成强的化学键因此只能一次性使用,这就大大限制其进一步的发展应用。在前期关于在不修饰的通道内构建响应体系的工作基础上。我们提出了在不修饰的通道内,通过加入媒介物质来传递响应信号,构建基于叠氮还原成胺的反应策略的H2S响应的仿生纳米通道。