可控环聚合体系：设计、性能与探针应用的深度剖析.docxVIP

可控环聚合体系：设计、性能与探针应用的深度剖析

一、引言

1.1研究背景与意义

在材料科学领域，可控环聚合体系凭借其独特的结构和性能优势，正逐渐成为研究的热点。环状聚合物与传统线性聚合物不同，它不存在链末端，分子内自由度受限，在溶液中呈现更为紧凑的构象，这赋予了它如更低的流体力学体积、内在黏度以及更高的玻璃化转变温度等特性，在高性能材料制备、药物递送、生物医学工程等众多领域展现出巨大的应用潜力。例如，在药物递送领域，环状聚合物可以作为药物载体，其独特的结构能够更好地包裹药物，提高药物的稳定性和靶向性，实现药物的精准释放，减少对正常组织的副作用。

多响应性能研究则进一步拓展了可控环聚合体系的应用范围。刺激响应性材料能够对外界的物理、化学信号如温度、pH值、光、电场、磁场等做出响应，发生结构或性能的变化，这种特性使其在传感器、智能开关、生物医学检测等领域具有重要应用价值。将多响应性能引入可控环聚合体系，能使材料在复杂环境下根据不同的刺激做出智能响应，满足多样化的实际需求。比如，具有温度和pH值双响应性能的可控环聚合材料，可用于生物体内特定部位的药物释放，在不同生理环境下精准控制药物的释放时机和速率。

探针应用研究是可控环聚合体系的又一重要发展方向。基于可控环聚合体系构建的探针，可利用其对特定物质或环境因素的特异性响应，实现对目标物的高灵敏度、高选择性检测和成像。在生物医学领域，这类探针能够用于疾病的早期诊断和监测，通过对生物标志物的精准识别和检测，为疾病的治疗提供关键信息；在环境监测中，可用于检测污染物、重金属离子等，及时发现环境问题，保障生态安全。

本研究聚焦于可控环聚合体系的设计及其多响应性能与探针应用，旨在开发新型的可控环聚合体系，深入探究其多响应性能的调控机制，并拓展其在探针领域的应用，这不仅有助于丰富高分子合成化学的理论体系，还将为解决实际应用中的关键问题提供新的材料和技术手段，推动相关领域的技术革新和产业发展。

1.2国内外研究现状

在可控环聚合体系设计方面，国内外研究取得了显著进展。国外如弗吉尼亚理工大学同嵘教授团队报道了采用由镧金属配合物与锰化合物组成的催化剂体系，在低温条件下对O-羧基环内酸酐（OCA）单体进行可控开环聚合（ROP），实现了高分子量、窄分子量分布、立体规整的功能化环状聚（α-羟基酸）的高效合成，还可构建环状双嵌段共聚（α-羟基酸），该体系展现出活性聚合特征，增强了聚合体系的可控性。国内吉林大学张越涛教授课题组设计合成了分子内含有两个路易斯酸中心和一个路易斯碱中心的三官能路易斯酸碱对催化剂，实现了基于可再生单体的环状聚合物的高效合成，其催化剂体系将受阻路易斯酸碱对（FLP）催化剂的分子内协同与分子间协同相结合，代表了一种全新的成环机制。

多响应性能研究方面，北京大学于海峰课题组报道了通过偶氮吡啶侧链聚合物油酸自组装成功得到液晶凝胶因子，制备的凝胶能够在光、热以及有机银离子的刺激下发生明显的相态转变，且全息光栅可成功刻录在该超分子凝胶中并对三种刺激发生响应。山西师范大学张献明教授课题组和西安交通大学何刚课题组合作合成的具有类Anderson型Zn7簇的七重穿插3D框架紫罗精杂化材料，既能够快速响应软X-射线、紫外光、温度和电场，又能够选择性响应有机氨蒸汽。

探针应用研究领域，华东理工大学化学与分子工程学院、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心田禾院士、马骧教授团队研制的可激活的红/近红外水溶性有机RTP探针，成功实现了溶酶体粘度的双光子成像和毫秒尺度时间分辨细胞成像，以及体内磷光成像监测炎症小鼠中的粘度变化。复旦大学张凡团队开发的过渡金属元素铬敏化的镧系纳米发光探针（CLNPs），在环境光或长余辉材料的照射下即可实现近红外窗口的信息加密和高对比度生物成像。然而，目前仍存在一些问题和挑战，如复杂体系下多响应性能的精准调控、探针的稳定性和灵敏度提升等，有待进一步深入研究。

1.3研究内容与创新点

本文主要研究内容包括设计新型的可控环聚合体系，通过对单体、催化剂及聚合条件的优化，实现对环状聚合物结构和性能的精准调控；深入探究该体系的多响应性能，包括对温度、pH值、光等多种刺激的响应规律和机制；开展基于可控环聚合体系的探针应用研究，开发用于生物标志物检测、环境污染物监测等领域的新型探针，并对其性能进行评估。

本文的创新点在于设计了一种全新的单体和催化剂组合，通过分子结构的巧妙设计，实现了可控环聚合反应的高效进行，且所得环状聚合物具有独特的结构和性能；首次将多种响应机制引入同一可控环聚合体系，构建了具有多刺激协同响应性能的材料，拓宽了其在复杂环境下的应用范围；基于该可控环聚合体系，开发了具有高选择性和灵敏度的新型探针，利用其特殊的结构和响应性能，