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微凝胶/纳米凝胶是一类交联的聚合物粒子，这类物质具有高的水含量、生物相容性及可调节的化学、物理等性质，如果其中包含水溶性或水可溶胀性的聚合物链亦可称之为水凝胶。其具有的独特性质，使得微凝胶在药物传输(DDS)、生物分离等领域有着极为重要而广泛的应用价值，且长期以来一直是科研领域研究的热点。当前和今后对于微凝胶应用领域的研究，主要集中在如何很好的控制这些性质上，主要包括生物医药上的官能化、粒子尺寸的控制、降解性质及药物的持续可控释放及残留物的移除。这篇论文主要集中研究环境(温度、pH等)响应型微凝胶在外界刺激改变时的相转变动力学，小分子、高分子、蛋白质在微凝胶内部的包埋与可控释放，以及功能化的微凝胶/线形聚合物在重金属离子检测方面的应用。具体来说，本论文的工作包括以下几个方面：
1. 利用自由基分散聚合法，制备环境(pH、温度等)响应型的聚(2-乙烯基吡啶)(P2VP)、聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)微凝胶以及聚(2-乙烯基吡啶)-聚(N-异丙基丙烯酰胺)(P2VP-PNIPAM)核壳结构微凝胶。通过停流光谱仪的快速混合装置实现pH值或温度跃变，结合光散射和荧光分辨技术，检测输出信号随时间变化的动力学曲线，分析微凝胶的相转变行为及其溶胀/收缩的重要动力学过程，选择合适的拟合手段，得出每个过程对应的特征弛豫时间，并揭示微凝胶尺寸与相转变特征时间的标度关系。
2. 在研究微凝胶相转变动力学行为的基础上，我们进一步对影响相转变行为的因素进行了探讨。首先合成了含有对光敏感弱键单元(2-硝基苄酯)的PNIPAM微凝胶，这种弱键在紫外光照下可以断裂并产生亲水性的官能团，通过控制光照时间及共聚单元的比例，可以很好的实现在不同温度下对微凝胶相转变行为(体积变化)的调控，并可以通过荧光共振能量转移(FRET)体系对该过程进行监控；另外，合成了含有能够选择性络合离子的冠醚单元的PNIPAM微凝胶，通过主客体分子识别，一旦配合上相应的离子(K+)后，也能大大改善其亲水性，同样可以实现在不同温度下对微凝胶相转变行为(体积变化)的调控，并可以通过FRET对该过程及其动力学进行监控。
3. 合成了P2VP微凝胶以及P2VP-PNIPAM核壳结构微凝胶，在酸性环境中当有二价有机荧光性阴离子2,6-萘二磺酸钠(2,6-NDS)或表面活性剂(SDBS)存在时，利用静电相互作用，该微凝胶可以形成具有最高临界溶解温度(UCST)的塌缩球，通过改变溶液的pH值或温度，能够控制静电作用的强弱，即对微凝胶的溶胀/塌缩行为及2,6-NDS的释放进行调控，且该过程完全可逆；另外，通过外加聚电解质聚(苯乙烯磺酸钠)(PSSNa)与2,6-NDS的竞争络合作用，可以诱导低电荷数的荧光小分子与微凝胶中2VP单元静电作用的减弱，并从微凝胶内部向外扩散，同样实现对微凝胶的溶胀/塌缩行为及2,6-NDS的释放进行调控。
4. 在对小分子扩散行为研究的基础上，我们接着对线形高分子链/蛋白质在微凝胶中的包埋与可控释放进行了研究。首先，利用自由基乳液聚合，制备以非交联的线形聚2-乙烯基吡啶(P2VP)为核，交联聚N-异丙基丙稀酰胺(PNIPAM)为壳的环境敏感型(温度，pH值)核壳结构微凝胶，利用停流光谱仪的快速混合装置，在保持微凝胶浓度一定的前提下，固定温度改变终态pH值(pH跃变)及固定终态pH值改变温度，通过监测散射光强随时间的变化对线形P2VP链通过多孔PNIPAM壳层向外扩散的动力学过程进行研究；类似的，合成了pH值、温度双敏感的P(NIPAM-co-MAA)微凝胶，研究了溶菌酶通过静电作用向微凝胶内吸附的过程及动力学，并对其在改变pH值时的释放行为及活性进行了研究。
5. 基于聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)的温度响应性质，制备了含有特定检测基元的全亲水性聚合物和微凝胶基的化学传感器，实现了对水溶液中特定重金属离子高效、高选择性检测，并且检测性能可以通过温度调控。该课题首次合成了含有吡啶单元，在溶液中可以高效、高选择性的捕捉金属二价铜离子(Cu2+)的配体单体，并将该单体与具有荧光性质的丹磺酰单体通过自由基乳液聚合，无规共聚入全亲水性的PNIPAM-g-PEO接枝共聚物或轻度交联的温度响应性PNIPAM微凝胶中。该系列传感器在不同温度时，呈溶解/聚集或溶胀/收缩状态，共聚的吡啶单体可以高效、高选择性的捕捉溶液中的Cu2+，形成的Cu2+-吡啶配合物可以有效的淬灭临近丹磺酰分子的荧光，通过检测丹磺酰荧光强度的变化，从而达到检测溶液中Cu2+的目的。
6. 结合原子转移自由基聚合(ATRP)与“点击”化学(Click Chemistry)技术，合成了两亲性的Poly(PMMA-alt-PNIPAM)交替共聚物，并研究了该种聚合物在水溶液中的自组装行为，可以形成以PMMA为核、PNIPAM为壳层的球形胶束，利用TEM、LLS、DSC等测试手段对胶束的结构和性质进行了详细研究。