环境响应性聚合物纳米粒子是一类在环境因素刺激下,自身的某些物理或化学性质会发生相应变化的智能材料。近年来,由于其在药物缓释、生物技术、基因工程、催化剂载体、传感器等诸多领域潜在的应用价值受到了广泛的关注。目前,环境响应性聚合物纳米粒子的制备多采用共价键方法将响应性单元引入到聚合物主链或者侧链中,虽然性能优良,但是纳米粒子的粒径尺寸难控制、易团聚。特别是制备过程中涉及多步合成和精心设计,产率低且成本较高。因此,开发具有高性能、简便制备的环境响应性聚合物纳米粒子以满足不同的应用需要,仍是当今材料领域的重要研究课题。本文采用离子自组装方法(Ionic self-assembly, ISA)设计与合成了一系列环境响应性超分子纳米粒子(Supramolecular nanoparticles,SNPs),为解决上述问题进行了探索性的研究。ISA主要利用库仑作用(或者静电作用)将相反电荷的构筑单元结合在一起,结构和性能可根据应用需要选择合适的功能结构单元来实现。制备过程简单方便,可将多种响应性因素结合在一起,设计合成丰富多彩的功能响应性材料。另外,由于纳米粒子表面带电荷,彼此间电荷斥力使其具有良好的分散性,防止团聚。论文详细研究了超分子纳米粒子的自组装过程和刺激响应行为,以及在功能性分子(染料、药物等)可控释放和荧光标记方面的应用。首先,基于ISA技术我们将光敏单元丁二酸芘甲酯(PYBA)通过静电作用引入壳聚糖盐酸盐(CHC)中构筑了光敏性离子复合物PYBA-CHC。利用1H NMR, DLS,SEM和荧光探针等检测技术证实该离子复合物在水溶液中能自组装形成球形纳米粒子,并且具有显著的光响应特性。将尼罗红染料作为客体分子装载到PYBA-CHC纳米粒子中。在1200mW/cm2紫外光照射下,可快速引发纳米粒子解离,光照50s后释放出70%的尼罗红染料。而在50mW/cm2紫外光的照射下,尼罗红染料的释放速度明显减慢,光照180s后释放出13%的尼罗红染料。因此,针对不同应用需要,可通过改变紫外光的照射能量调节尼罗红染料的释放速率,达到光控释放的目的。在此基础上,进一步研究了近红外光对PYBA-CHC纳米粒子的影响。结果表明,近红外光照射也能够引起纳米粒子的解离,控制尼罗红染料释放。为了进一步对客体分子释放过程进行数据的实时采集和监测。我们设计并制备了荧光超分子纳米粒子,该纳米粒子由荧光分子丁二酸蒽甲酯(AN)与壳聚糖盐酸盐(CHC)在水溶液中离子组装制备而成。含有蒽环的结构AN赋予了纳米粒子显著的荧光效应。然后将荧光超分子纳米粒子用于负载抗高血压药尼卡地平,得到超高的载药率(35%)和包封率(90%)。由于荧光分子与药物分子之间的荧光共振能量转移(Fluorescence resonance energy transfer, FRET)和电子转移(Electron transfer, ET)双重作用,纳米粒子蓝色荧光有效的被淬灭。当药物分子从荧光纳米粒子中释放出后,荧光逐渐恢复。荧光恢复的程度与药物分子的释放量密切相关,通过实时观察AN-CHC纳米粒子的荧光淬灭和恢复程度就可以实时监测和评价药物的释放过程。并且AN-CHC纳米粒子具有pH值响应性,在pH7.4条件下释放药物速度比pH5.0时快,适合在中性或者弱碱性条件下(如血液)控制和监测药物的释放。上述离子自组装制备的超分子纳米粒子成功实现对染料或者药物的控制释放和荧光标记,并对外界环境刺激具有单响应性,如光响应性或者pH响应性。由于在实际应用中,外界环境的变化是多样化的,因此多重刺激响应性的聚合物纳米粒子受到更多的青睐。针对恶性肿瘤引起的周围组织pH值降低和温度升高的刺激,我们进一步设计合成了pH和温度双响应性的N-异丙基丙烯酰胺基(NIPAM)超分子纳米粒子,用于靶向释放抗癌药物多柔比星(DOX)。该纳米粒子以离子液体与热敏单元NIPAM的共聚物Poly (ionic liquids-co-N- isopropylacrylamide)为骨架,通过离子自组装引入pH敏感单元脱氧胆酸(DA)制备而成。DA的加入不仅赋予纳米粒子pH响应特性,而且通过改变核内疏水作用力,方便调控纳米粒子粒径,具有高度的尺寸可控性和良好的分散性。在酸性介质下(pH5.2),DA质子化从组装体中脱落可引发纳米粒子解离。此外,纳米粒子LCST值具有pH依赖性,酸性介质下,体系的LCST值减小。因此,在酸性和略高于体温的肿瘤组织周围都能引起聚合物纳米粒子的解离和变形。将其作为DOX的载体,研究表明在pH7.4,37℃环境中载药纳米粒子能稳定存在,释放少量的药物DOX (约30%),而在pH 5.2, 43℃环境中则释放出大量的DOX(大于80%),达到抗癌药物靶向释放的效果。并在细胞毒性试验中证实纳米粒子对Hela癌细胞具有一定的抑制生长作用。金纳米粒子由于具有独特的物理化学性质,在生物医学、光学传感等领域具有广泛的应用价值。特别是将金纳米粒子引入聚合物基材制备多功能化材料倍受人们关注。以上一章中的NIPAM基超分子纳米粒子为基体,与金纳米粒子复合制备了光和温度双响应性的载金超分子纳米粒子,并将尼罗红染料分子装载到载金超分子纳米粒子中,构筑一种新型的荧光纳米探针。在808nm的激光照射下,由于金纳米粒子强烈的表面等离子共振(SPR),将吸收的光能转化成热能,使局域范围内的温度升高后,影响聚合物纳米粒子中热敏单元发生相转变,形成更加紧密的纳米粒子聚集体,尼罗红染料的微环境更加疏水,表现出显著的光照荧光增强性质,荧光强度可增大15倍,有效地提高荧光检测灵敏度。