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作为生物体中重要的组成部分,金属离子参与渗透压调节、新陈代谢、信号传导、核酸处理等多项生命活动。然而,某些金属离子含量过高或缺乏均会影响生物体正常生命活动。因此,对金属离子的定性、定量的检测至关重要。螺吡喃是一类可光致变色的染料小分子,在紫外光的照射下,能够从无色的闭环体苯并螺喃(SP)向有色的开环体部花菁(MC)转化,而且MC上的酚氧基可通过电子转移与多种金属离子(Mn+)结合,形成配合物(MC-Mn+);当白光的照射时,MC可转化为SP,同时金属离子从螺吡喃上解离,该过程是可逆的。利用螺吡喃与金属离子能光控可逆结合的特性,本论文以螺吡喃为基础,制备了两种凝胶传感器,并探索了其在金属离子可视化检测的应用以及变形变色行为。具体内容如下:第一章介绍了几种响应型水凝胶传感器以及概述了螺吡喃在金属离子检测方面的研究进展,包括螺吡喃的结构和性质,以及螺吡喃在金属离子检测方面的应用。第二章报道了一种可用于多种金属离子可视化检测的变色凝胶。该凝胶以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)和甲基丙烯酸酯螺吡喃(SPMA)为单体,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(Bis-Am)作为交联剂,经蓝光辐照交联而得。当凝胶中的MC与不同金属离子(Ca2+、Mg2+、Co2+、Zn2+和Cu2+)结合后,形成配合物(MC-M2+)。与MC和SP结构相比,MC-M2+的紫外-可见吸收光谱中吸收峰的位置和强度发生变化,导致凝胶颜色发生改变。当凝胶经白光照射后,凝胶中MC转化为SP,并解离金属离子。通过实验和理论模型计算,凝胶对金属离子的相对亲和力的趋势为Cu2+>Co2+≈Zn2+>Mg2+>Ca2+。而且,该凝胶表现出良好的抗疲劳性能,能够可逆地结合和释放金属离子。利用离子印染的方法,该凝胶可快速、方便、重复地检测多种金属离子。第三章报道了一种可用于Fe3+检测的可变形、变色的凝胶。该凝胶由NIPAAm、丙烯酰基-6-氨基己酸(A6ACA)、SPMA、Bis-Am交联制备而成。在紫外灯的照射下,螺吡喃部分转化为部花菁并选择性结合Fe3+,导致在紫外-可见吸收图谱上MC的吸收峰消失,凝胶颜色从红色变成黄色。通过测定凝胶的机械性能和内部形貌,证明了 Fe3+的存在使得凝胶的交联变得更为致密,机械性能有所提高。在凝胶表面印染Fe3+,凝胶可发生弯曲变形。在温度刺激下,凝胶可发生可逆的瞬间变色和弯曲变形。在强酸条件下,凝胶表现出MC向MCH+转变的变色行为;而在强碱条件下,凝胶还表现出溶胀变形行为。结合两种外界刺激,如温度-pH和温度-Fe3+,凝胶表现出的变形、变色行为,将在探索智能视觉检测、显色系统和仿生变色系统方面具有巨大的应用潜力。