响应性聚合物因其外部环境响应性可以作为智能材料应用于催化、传感器、药物／基因传输、自组装等领域。本论文集中研究了响应性聚合物在荧光化学传感器中的应用。第一章简要介绍了响应性聚合物和化学传感器近几年的发展和挑战。第二章中把Cu2+检测基元共价标记到温敏性微凝胶中,利用温度改变来调控对Cu2+检测灵敏度。第三章中把染料共价标记到温敏性嵌段共聚物上。利用共聚物在改变温度时链构象和亲疏水状态的变化实现了温度传感器的设计。第四章中把同时具有极性敏感和Zn2+响应性的喹啉类衍生物共价标记到温敏性嵌段共聚物上,实现了同时检测Zn2+与温度的检测体系。第五章中把染料共价标记到pH敏感的嵌段共聚物上。利用pH改变时嵌段共聚物的质子化状态的改变或利用染料本身的pH响应性设计合成了对酸性环境和中性环境具有超高灵敏度的pH传感器。具体来说,本论文的工作包括以下几个方面：1.设计合成了一种新型的基于响应性聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)微凝胶的Cu2+化学传感器。这种化学传感器在微凝胶发生溶胀／塌缩时表现出可调节的检测灵敏度。以NIPAM,一种新型基于邻菲罗啉的Cu2+敏感单体(PhenUMA)和N,N-亚甲基双(丙烯酰胺)(BIS)为原料通过乳液聚合的方式得到了PhenUMA标记的单分散温敏微凝胶。详细研究了PNIPAM微凝胶对不同金属离子的识别能力和不同温度下对Cu2+的检测灵敏度。实验结果表明,PhenUMA标记的PNIPAM微凝胶在众多常见离子中可以选择性地识别Cu2+,导致其荧光显著淬灭。此外,PhenUMA标记的PNIPAM微凝胶在40℃时可以显著提高对Cu2+的检测灵敏度。在0.083g/L的微凝胶分散液中,其对Cu2+的检测灵敏度从20℃时的～28nM提高到40℃时的～8nM。2.通过把对温度具有相反的荧光响应特性的染料标记双亲水性嵌段共聚物(DHBC)整合到一个体系中,实现了一种新颖的比率型荧光温度传感器。首先合成了基于L-色氨酸的单体(TrpMA)和PhenUMA.然后通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合分别合成了PEG-b-P(NIPAM-co-TrpMA)和PEG-b-P(NIPAM-co-PhenUMA)。PEG-b-P(NIPAM-co-TrpMA)在351nm的强荧光随温度升高线性下降,在PNIPAM相转变温度区间下降幅度大增。与之相反,在加热时PEG-b-P(NIPAM-co-PhenUMA)在421nm处荧光增强约12.5倍。把两者整合到同一体系中时荧光强度比I421/I351在20-60℃温度区间变化-21.6倍,变化主要在36-42℃温度区间。另外,还设计合成了一种基于级联荧光共振能量转移(FRET)的荧光温度传感器。首先合成了发蓝色荧光的香豆素类单体(CMA)、发绿色荧光的NBD类单体(NBDAE)和发红色荧光的罗丹明B类单体(RhBEA)。结构明确的双亲水性嵌段共聚物PEG-b-P(NIPAM-co-CMA)、PEG-b-P(NIPAM-co-NBDAE)和PEG-b-P(NIPAM-co-RhBEA)通过RAFT聚合的方式制备。PEG-b-P(NIPAM-co-CMA)和PEG-b-P(NIPAM-co-NBDAE)在一起可以通过CMA和NBDAE之间的FRET形成一种比率型荧光温度传感器。其中,CMA作为FRET给体,NBDAE作为FRET受体。同样,PEG-b-P(NIPAM-co-NBDAE)和PEG-b-P(NIPAM-co-RhBEA)以NBDAE为FRET给体,RhBEA为FRET受体也能形成比率型荧光温度传感器。而把三者混合在一起时NBDAE可以同时作为CMA的FRET受体和RhBEA的FRET给体,从而形成基于级联FRET的比率型荧光温度传感器。这一传感器的综合性能优于其他形成的温度传感器。3.采用染料标记温敏性嵌段共聚物的方法设计合成了两类不同的同时检测Zn2+和温度的荧光传感器。在第一个设计中,首次合成了喹啉衍生物ZQMA标记的DHBC。从PEG的RAFT引发剂出发,通过RAFT聚合MEO2MA、OEGMA和ZQMA得到结构明确且在温敏性嵌段含有ZQMA基元的DHBCs:PEG-b-P(MEO2MA-co-OEGMA-co-ZQMA).通过调节OEGMA在温敏性嵌段中的含量设计合成了一系列具有不同低临界共溶温度(LCST)的DHBCs。在温度低于LCST时DHBCs可选择性识别Zn2+并表现出显著的荧光增强,对Zn2+的检测灵敏度为～3nM。当升高温度时DHBCs的荧光亦显著增强,也可以做为温度传感器,且其荧光增强温度区间可通过调节DHBCs的LCST实现。当加入Zn2+时可使荧光进一步增强,检测灵敏度为～14nM。在第二个设计中,把温敏性蓝色荧光聚合物PEG-b-P(MEO2M A-co-Coum)、红色荧光聚合物PEG-b-P(St-co-RhBEA)与温敏性绿色荧光聚合物PEG-b-P(MEO2MA-co-ZQMA)整合到同一检测体系中可以得到一种新型检测体系。通过控制加入体系中Zn2+的量可以使得体系中的颜色发生粉红色-白色-绿色的三色转变。这样根据检测体系颜色的改变便可大致估算出Zn2+的浓度。另外,在热诱导胶束时,Coum与ZQMA之间可以发生FRET过程,从而实现对温度的检测。4.通过染料标记pH敏感DHBC的方法设计合成了两类具有不同pH检测区间的pH传感器。在第一个设计中,把pH惰性的发蓝色荧光的香豆素衍生物CMA共价标记到聚(寡聚(乙二醇)单甲醚甲基丙烯酸酯)-b-聚(N,N-二异丙基乙基甲基丙烯酸酯)(POEGMA-b-PDPA)的PDPA嵌段中。在PDPA去质子化时,其上叔胺的孤对电子可以通过光致电子转移(PET)过程淬灭CMA的荧光。在PDPA质子化时,PET效应便会被阻断从而导致CMA荧光得以恢复。同时,把在碱性条件下荧光增强,酸性条件下荧光减弱的绿色荧光染料苯并噻唑衍生物(BTPE)共价连接到POEGMA末端。这样便得到基于DHBC的比率型pH荧光传感器并在弱酸性环境中表现出非常高的检测灵敏度。这-pH传感器被成功地应用于细胞内酸性细胞器的荧光成像。在第二个设计中,把pH敏感的7-羟基香豆素衍生物HCCME共价标记到具有内涵体逃逸能力的聚(N,N-二甲基丙烯酰胺)-b-(N,N-二乙基乙基甲基丙烯酸酯-co-甲基丙烯酸正丁酯)(PDMA-b-P(DEA-co-BMA))的PDMA嵌段用于细胞质中pH检检测。外界物质刺激诱导的细胞质pH值变化可以被精确地监测并定量计算出来。