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近年来,随着超分子化学的不断发展和创新,基于非共价键作用构建的超分子组装体系在化学、生物和功能纳米材料等领域扮演着越来越重要的角色。柱芳烃,作为一类新型的超分子大环主体,由于其合成简单、容易衍生且对不同种类客体分子的空腔适应性更好,已经被广泛地应用到药物递送体系、人工光捕获体系和智能窗等多种功能纳米材料的构筑与研究。本论文围绕水溶性柱[5]芳烃分别构筑了超分子药物转运体系和人工光捕获体系,并对它们的组装过程和功能特性进行了详细探究。全文主要分为五个章节,前三个章节分别按照双重酸响应释放、前药修饰与诊治结合的策略构筑了基于水溶性柱[5]芳烃的超分子纳米药物递送系统,实现了抗癌药物的有效递送与可控释放;后两个章节按照能量连续传递与能量输出利用的思路构建了基于水溶性柱[5]芳烃的超分子人工光捕获体系,用于太阳能的高效捕获、连续传递与光催化研究。具体内容如下所述:第一个章节:在药物转运体系中,为了提高超分子纳米药物载体的释药效率,我们设计合成了具有酸响应的水溶性柱[5]芳烃（WP5）和对酸敏感的螺烷衍生物（G）。WP5与G通过主客体作用形成超分子两亲体,其在水中能够进一步自组装形成超分子囊泡,并对抗癌药物阿霉素（DOX）进行包载,构建具有双重酸响应的超分子药物转运体系。研究发现,在酸性条件下,该体系能够更快地实现DOX的释放,具有明显的释放优势。细胞实验表明,超分子囊泡在正常细胞中毒性很低,具有很好的生物相容性,但在癌细胞酸性微环境中可实现DOX的快速释放,对癌细胞的增殖进行抑制。该研究表明双重酸响应超分子囊泡为抗癌药物的快速释放提供了一种新的选择,在药物转运方面具有潜在的应用价值。第二个章节:为了进一步提高载药效率,在上述双重酸响应体系研究的基础上,基于前药策略,我们设计合成了桦木酸前药客体分子（BA-D）,其与WP5可进一步自组装形成具有高载药效率的超分子囊泡。同时,该体系可以对DOX进行协同包载,最终得到具有酸响应的双药递送体系。所构建的超分子囊泡在生理条件下非常稳定,但是在癌细胞酸性微环境中能够快速解组装,将BA-D和DOX同时释放出来,实现双药协同治疗。生物实验表明,这种具有双重化疗作用的超分子前药系统不仅具有良好的生物相容性,其释放的双药还能够显著抑制肿瘤的生长,在联合化学疗法领域具有潜在的应用前景。第三个章节:虽然我们通过双重酸响应和前药策略对药物递送体系的释药速度和载药效率进行了显著提升,但它们都缺乏对癌细胞进行诊断的能力。为了实现诊治结合,我们设计合成了具有内源性荧光的喜树碱前药分子（DNS-CPT）。通过主客体络合,WP5与DNS-CPT能够形成超分子两亲体,然后进一步自组装形成具有诊断和治疗双功能的超分子囊泡。该囊泡在生理条件下非常稳定,但当进入到癌细胞内高浓度谷胱甘肽（GSH）环境下,DNS-CPT中的2,4-二硝基苯磺酰基（DNS）和二硫键会在GSH的作用下发生解离,从而将原药（SN-38）释放出来,对癌细胞进行诊断和治疗。研究发现,这种双功能超分子前药囊泡不但能够有效抑制癌细胞的增殖,其释放的SN-38还能够被用于肿瘤组织的诊断,在癌细胞的诊断和治疗中具有重要意义。第四个章节:在人工光捕获体系中,为了实现能量的连续高效传递,我们设计合成了一种聚集诱导发光（AIE）客体分子苯基肉桂腈衍生物（BPT）。通过主客体组装,BPT与WP5在水中成功地构筑了能量连续两次转移的人工光捕获体系。在该体系中,能量首先从WP5?BPT组装体转移到4,7-双（噻吩-2-基）-2,1,3-苯并噻二唑（DBT）,接着再转移到尼罗红（Ni R）,他们的能量转移效率分别为60.9%和89.4%。此外,该体系能够以350:1的超高供受体比例实现能量的二次传递,其天线效应分别为47.8和20.1。值得注意的是,通过调节供受体的摩尔比,我们可以成功调制出白色荧光,其荧光量子产率高达23.5%,在可见光光催化中具有广阔的应用前景。第五个章节:在上述高效人工光捕获体系构建的基础上,为了将捕获的能量进一步输出利用,我们设计合成了一种AIE客体分子水杨醛吖嗪衍生物（HNPD）。通过主客体作用,HNPD与WP5在水中成功构筑了两种高效的超分子人工光捕获体系。在该体系中,WP5与HNPD形成的超分子组装体具有很强的AIE效应,可以作为一个理想的能量供体,分别将能量转移到包载的曙红Y（ESY）和Ni R上,能量转移效率为80.5%和60.2%,天线效应为32.5和30.1。受自然界光合作用的启发,我们将WP5?HNPD-ESY和WP5?HNPD-Ni R纳米粒子分别作为水相纳米反应器,将捕获的太阳能用于催化α-溴苯乙酮的脱卤反应,产率分别可以达到55%和65%,表明超分子人工光捕获系统在光催化领域具有潜在的应用价值。综上所述,本论文利用水溶柱[5]芳烃的主客体作用,分别构筑了五种不同功能的超分子纳米材料,实现了其在抗癌药物递送和人工光捕获体系构建中的应用,希望上述研究能够为水溶性柱[5]芳烃在超分子功能材料领域的应用提供一定的参考与借鉴。