自上世纪80年代超分子化学概念被提出以来,人们对化学基本问题的理解方式以及创造新物质的途径都发生了巨大变化,利用分子间的氢键作用、疏溶剂作用、范德华力、π-π堆积作用以及静电引力等弱相互作用组装具有新颖结构和特殊功能的分子材料已成为当今科研工作者创造新型材料的又一重要途径。其中,利用荧光小分子化合物组装的超分子纳米传感界面就是将传统化学合成技术和分子自组装策略相结合所创制的重要材料。相比于传统的单分子荧光探针,传感界面具备受体分子局部浓度大、排布高度有序以及预组织能力强等特点,组装在界面上的受体分子与待分析物间的多重相互作用以及协同作用能够确保界面快速、特异地络合并识别底物分子,并将识别过程转换放大成荧光信号,据此实现对结构极其相似的同系列分子、同分异构体以及同一分子不同构象等的精确区分。然而,该研究领域尚处于起步阶段,仍有很多科学问题亟待探讨,比如:荧光两亲分子的自组装机理、组装过程的热力学及动力学问题、界面与底物分子络合过程中的构象调整过程等。显然,开展相关研究工作必将有助于拓展传感器设计思路,提升传感器创制水平,为新型传感平台搭建奠定基础。鉴于此,本学位论文设计合成了三个结构新颖的两亲性镧系金属配合物、一个两亲性氟硼二吡咯衍生物和一个两亲性铂配合物,利用FTIR、NMR、MS以及元素分析等手段对合成化合物进行了表征,利用DLS、TEM、AFM、圆二色谱以及荧光技术研究了两亲小分子化合物的自组装行为以及组装过程对其光物理性质的调控作用,构建了具有各种形状和尺寸的荧光超分子纳米界面,实现了对结构极其相似的分子包括核苷酸同系列分子、单链DNA构象以及易挥发有机物的精细区分。利用荧光静态光谱、荧光衰减光谱、MS、FTIR、Zeta电位测试以及理论计算等手段对传感机理进行了深入研究。具体来讲,本论文主要完成了以下五部分工作:(1)囊泡型荧光传感界面的构建及其对GTP的高选择性传感识别本部分工作设计合成了以十八烷烃链为疏水尾部、Tb(Ⅲ)配合物为亲水头基的两亲性铽配合物,构建了传感性能优异的囊泡型超分子荧光界面,实现了对三磷酸鸟苷(Guanosine-5’-triphosphate,GTP)的高效识别。具体表现在:该传感界面不仅可以区分不同类别的核苷酸而且可以识别结构极为相似的鸟苷类同系列分子,比如:GTP可敏化传感界面上铽配合物的荧光达127倍,而ATP,CTP,UTP,TTP不对铽配合物的光物理性质产生任何影响,GDP和GMP则分别使铽配合物的荧光敏化了 78和43倍,鸟苷分子几乎不能敏化铽配合物的荧光,然而磷酸化鸟苷均不能敏化单分子态Tb(Ⅲ)配合物的荧光,表明具有多个受体分子的自组装界面对于大幅提高传感体系的选择性和灵敏度发挥了重要作用。(2)基于胆固醇两亲性铽配合物的螺旋状荧光纳米纤维对DNA不同构象的区分识别本部分工作设计合成了以胆固醇为疏水尾部、Tb(Ⅲ)配合物为亲水头基的两亲性铽配合物,构建了尺寸均一、直径约为6 nnm的螺旋状纳米纤维。利用组装在纤维上的Tb(Ⅲ)配合物与DNA链上磷酸化鸟苷间的多重相互作用以及能量转移过程不仅实现了对同序列DNA构象的高效区分,而且实现了对不同序列DNA所形成的G-四联体的传感识别。具体表现在:ssDNA-kitl可使铽配合物的荧光敏化26倍,dsDNA-kitl能使铽配合物的荧光敏化13倍,而kitl与K+形成的G-四联体仅能使铽配合物的荧光敏化6.6倍,而由inter-hTELO形成的分子间G-四联体对铽配合物的敏化效率要明显高于由SPB1形成的反平行G-四联体。而ssDNA的不同构象均不能对单分子态Tb(Ⅲ)配合物的光物理性质产生任何影响。(3)“Off-on-off”型超分子荧光传感界面的构建及其对CTP的选择性识别本部分工作设计合成了以十八烷烃链为疏水尾部、Eu(Ⅲ)配合物为亲水头基的两亲性铕配合物,构建了直径约为77 nm囊泡型自组装体,通过磷酸萘酯在其表面的自组装构筑了“off-on-off”复合型超分子荧光传感界面,实现了对三磷酸胞苷(Cytidine-5’-triphosphate,CTP)的选择性识别。具体表现在:在该复合型荧光传感界面中引入同系列核苷酸CTP、CDP和CMP,由于它们取代Eu(Ⅲ)的能量给体磷酸萘酯能力的差异,导致荧光猝灭程度不同,比如:CTP可最大程度地猝灭铕配合物的荧光,最大猝灭效率(1-I/I0)可达0.63,而CDP和CMP对体系的荧光猝灭效率仅为0.48和0.25,而未磷酸化的胞苷分子对该传感体系不产生任何影响,从而实现了对结构极为相似的胞苷类核苷酸进行区分识别。(4)离子液体微阵列单分子层荧光传感薄膜的制备及其对HCHO气体高效传感物理旋涂、多孔基质包载和化学单层组装是荧光薄膜传感材料创制的主要途径,但业已报道的传感薄膜存在着气体分子通透性较差、光照下气固界面上荧光物种易降解等问题而限制了其实际应用。因此,发展新的荧光薄膜材料创制策略有着重要的学术和实践意义。本工作设计合成了以醚氧链为亲水尾部、BODIPY衍生物为疏水头基的两亲性荧光传感分子OBN。以此为基础,利用两亲分子的表面富集特性构建了微阵列化气液界面单分子层荧光薄膜,该荧光薄膜具备优异的光化学稳定性,BODIPY的荧光强度在光源辐射30分钟内基本不发生衰减,而旋涂于金或玻璃基质表面的BODIPY衍生物却发生了明显的光降解,其荧光强度分别衰减了 25%和32%。利用BODIPY衍生物结构中的伯胺基团与甲醛之间的特异反应实现了对气相甲醛的高选择性、高灵敏检测。甲醛气体可导致BODIPY的特征荧光被大幅敏化(I/I0 =1.58),且响应时间仅为1.59s,而相同条件下其他易挥发有机物气体如:苯系物、醇类、丙酮以及四氢呋喃等均不对BODIPY的光物理性质产生任何影响。而小分子化合物BN的离子液体微阵列传感薄膜以及OBN的离子液体膜对甲醛溶液的饱和蒸汽响应速度相对较慢。因此,利用两亲分子在气液界面富集特性来创制微阵列化的单分子层荧光薄膜不仅大幅提高了传统固态膜中荧光物种的光化学稳定性而且表现出了优异的传感性能。(5)基于两亲性铂配合物单组分白色发光体系的构筑本部分工作设计合成了以醚氧链为亲水尾部、pt(Ⅲ)配合物为疏水头基的两亲性铂配合物,尝试通过浓度、激发波长、温度效应以及组装过程对其在离子液体[BMIM][BF4]中的光物理行为进行调控,实现了单组分白色发光体系的构筑。具体表现在:当浓度为35 μM时,以395 nm作为激发波长,室温条件下白光强度最大且量子产率为1.1%,色度坐标为(0.345,0.324),而且通过调节浓度和激发波长,体系在不同温度下均可实现了单组分白色发光。据此,本部分工作需要进一步设计合成组装能力丰富的铂配合物,研究自组装过程对其光物理性质的调控,制备单组分高效率白光超分子功能材料,目前此部分工作仍在进行中。