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近年来，对可逆加成裂解链转移(RAFT)聚合方法的研究得到了飞速的发展，并且这一聚合方法受到科学家们的广泛关注和应用，其原因是RAFT聚合方法具有如下三个独特的优点：1)单体的适用面广，苯乙烯类、丙烯酸酯类、丙烯酰胺、丙烯酸等带官能团的单体均适用；2)实施的方法较为简单，一般的聚合反应体系中加入硫代化合物即可；3)实施聚合的方法很多，本体、溶液、乳液、悬浮聚合均可。
树枝体状—星形聚合物是一类特殊的星形聚合物，它是以树枝体为星形聚合物的核，然后在树枝体每条臂上生长出一条线形链所形成的星形聚合物。研究合成树枝体状—星形聚合物的新方法，对于研究这类化合物具有重要的意义。RAFT聚合与其它聚合方法相比，由于操作方便，可聚功能化单体多，所以具有明显的优越性。对于以多官能团RAFT试剂为链转移剂合成星形聚合物的聚合机理的研究，也必将会成为合成结构完美的树枝体状—星形聚合物的基础。
对由疏水段和亲水段组成的两亲性嵌段共聚物在溶液中自组装行为的研究是当前的热点之一。这类聚合物胶束不仅在理论上具有重要意义，而且在清洁剂，表面活性剂，药品载体以及纳米技术等实际应用方面具有很高的研究和应用价值。目前，人们已经发展了多种制备胶束的方法，比如直接溶解法、渗析法、挤出法、超声法和电形成法等。对现有的方法进行发展，使用更为简便的方法-RAFT聚合的方法，通过加入二乙烯基类交联剂，制备聚合物微凝胶是有重要意义的。
镧系金属配合物在生物化学研究和生物医药成像方面有着广泛的应用。在过去的15年内，对它们研究取得了长足的进步。能发荧光的镧系金属配合物，例如铽离子(Tb3+)以及铕离子(Eu3+)的金属配合物，具有如下特点：非常窄的发射峰，非常大的stoke位移以及毫秒级长寿命的激发发射光。镧系金属元素中，具有顺磁性的元素钆(Gd)，能通过影响细胞水分子中质子的纵向驰豫时间T1来增加对核磁共振成像的对比度。因此，钆离子(Gd3+)的金属配合物被广泛的应用于核磁共振成像对比试剂。设计并合成不同结构的配体，将对镧系金属配合物在生物应用中产生巨大影响。
据此，本论文主要的工作是：以二硫代苯甲酸酯为末端官能团的PPI树枝体为链转移剂的RAFT聚合制备树枝体状星形聚合物；以二硫代苯甲酸酯为末端基团的PPI树枝体为链转移剂的聚NIPAAM的RAFT聚合及表征；异相可逆加成裂解链转移聚合制备纳米尺寸PEO星形微凝胶；锌离子敏感性的稀土配合物荧光探针；应用于细胞标记及MRI中的一系列镧系金属环状大分子配合物。具体的研究结果如下：
1.通过在PPI树枝体(第二代和第三代)表面上相应的接上8个和16个二硫代苯甲酸酯基团，合成了两种新的树枝体状RAFT试剂，它们能够成功的应用于苯乙烯的RAFT聚合，制备结构好的树枝体状—星形聚合物。对聚合动力学进行研究，表明这一聚合过程符合一级反应动力学。聚合过程显示出很好的分子量可控性，且分子量分布较窄(PDI＜1.3)。此外，这一方法可以适用于制备树枝体状—星形嵌段共聚物。
2.将两种以PPI树枝体为核的RAFT试剂，成功地应用于NIPAAM的RAFT聚合。聚合过程符合一级反应动力学。核磁共振和GPC的结果，表明通过RAFT方法制备的聚NIPAAM具有树枝体状—星形的结构，可控的分子量和较窄的分子量分布(PDI＜1.3)。所得的树枝体状—星形聚NIPAAM的水溶液在一定条件下能够可逆的转化：当温度在LCST以下，溶液透明；而当温度在LCST以上，溶液浑浊。
3.在乙醇/THF的混合溶液中，以二硫代苯甲酸酯基团封端的甲氧基单封端聚(环氧乙烷)(简写为DTB-MPEO)为大分子链转移试剂，通过苯乙烯和二乙烯基苯为单体的RAFT聚合，成功的制备了以交联的苯乙烯为核，PEO为壳的PEO星形微凝胶。聚合时间、聚合溶剂和初始投料摩尔比St：DVB：DTB-MPEO三个重要的因素，在形成星形微凝胶的过程中起着重要作用。选择合适的聚合条件，可以制备分子量大的、窄分布的和溶解性良好的星形微凝胶。TEM图像说明PEO星形微凝胶在水/THF的混合溶剂中可以形成纳米尺度的球形微凝胶，这一点更充分的说明了PEO星形聚合物具有两亲性。
4.通过将对Zn2+离子敏感的基团连接于镧系金属配体DTPA-PDA-C4上，设计并合成了两配体L1和L2，并且制备了它们的Tb3+配合物[TbL1]和[TbL2]。[TbL1]随着Zn2+离子的加入，其Tb3+的特征发射荧光的强度有着非常明显的增加(增加了4.6倍)，而[TbL2]的荧光强度却变化不大。通过测量不同Zn2+离子浓度下，[TbL1]的特征发射荧光强度，可以计算出[TbL1]与Zn2+离子络合反应的动力学常数。与常见的二价金属Ca2+和Mg2+相比，[TbL1]对Zn2+具有选择性。
5.我们设计并合成了一系列新的镧系金属大分子环状配合物，Ln/DTPA-PDA-Cn，应用于细胞的标记和核磁共振成像(MRI)。两种亲油性的Gd3+配合物Gd/DTPA-PDA-Cn(n=10，12)，在几个微摩尔/升的浓度下，能够非侵入性的标记许多种类的人工培育的哺乳动物细胞。细胞非常迅速的“吸收”这些试剂，并且它们的T1加权的MR图像强度有显著的增加。被标记的细胞仍然保持着与对比空白细胞相同的形态和生长翻倍时间。为了研究细胞“吸收”这类试剂的机理，我们使用DEFRET技术来确定这些镧系金属配合物在细胞中的具体位置。在细胞中加载荧光配合物Tb/DTPA-PDA-C10之后，我们观察到Tb3+离子与细胞外而不是细胞内的Calcein之间存在着DEFRET。因此，我们得到的结论是环状镧系金属配合物通过将两条亲脂性的烷基链插入细胞膜中来标记细胞的，并且保持金属配位部分朝向细胞外介质。这些试剂除了可以标记人工培育的细胞，还可以标记组织中的初级细胞，如已分离的胰岛素细胞。在我们使用Gd/DTPA-PDA-C12标记从胰岛素中分离出来的β细胞之后，将被标记的细胞装入中空的纤维管中，再植入裸鼠身体内。活裸鼠的MR图像，显示了这些被标记的细胞在生物活体内，可以被跟踪最长达到两周长的时间。这类新的亲脂性对比试剂的所有优点，保证了它可以应用于不同生物体系内，以追踪细胞的活动和细胞的位置。