化学传感器是一类能与特定化学物质作用并产生可检测信号的敏感分子或器件。从环境监控、检测,到人体生化指标化验,化学传感器在我们生活的方方面面已得到了广泛应用。小分子传感器常常存在稳定性不好、材料不易器件化或选择性不高等问题,利用适当的载体固定小分子敏感化合物是一个常用的解决途径。随着高分子科学的快速发展,聚合物作为载体材料在药物输送与释放、不对称催化、手性拆分等领域的研究报道屡见不鲜,然而有关聚合物基化学传感器的研究则相对较少。在自然界,生物体内的化学信号传输受体基本上以蛋白质等生物大分子为主,这些生物大分子独特的高次结构在主-客体分子识别中发挥了重要作用,提高了生物分子识别、传感的专一性和可靠性。合成高分子材料具有结构性能可裁制的优点,研究聚合物基化学传感器的制备和构-效关系不仅为探索生物体系的分子识别机制提供了可行的路径,同时也具有广阔的应用前景。基于仿生概念,我们希望将大分子的协同效应引入传感器设计中。本文针对氨基酸等天然化合物设计了高选择性聚合物基化学传感器;同时引入手性结构单元,使传感器具有对映选择性的功能。为了更加贴近生物化学检测的实际应用,选择了具有良好生物相容性的聚甲基丙烯酸酯以及聚（2-噁唑啉）作为负载敏感基元的骨架材料,识别过程都在生理pH下进行。在论文的第一部份,首先合成并考察了苯磺酸酯及丙烯酸酯模型小分子对半胱氨酸的传感性能。结果显示,前者对巯基化合物的响应速度相当快,但存在选择性和化学稳定性不高的问题;相比之下,后者能从常见氨基酸中特异性识别出半胱氨酸,并且与其它巯基化合物（高半胱氨酸、谷胱甘肽）有较好的区分度。为进一步提高其选择性,我们将丙烯酸酚酯基元键接到聚甲基丙烯酸酯骨架上,得到了一种聚合物基半胱氨酸传感器。由于聚合物链在识别位点附近形成了某种手性位阻环境,该传感器具有极佳的半胱氨酸识别能力,不仅不会受到高半胱氨酸和谷胱甘肽的干扰,而且能够动力学区分半胱氨酸对映体。此外,利用铁离子与酚羟基的络合显色反应,实现了对半胱氨酸的裸眼直接识别。优异的化学选择性和对映选择性归因于聚合物基材在分子识别中的的协同作用。目前,组氨酸传感器的设计大多依赖于底物与铜离子的络合反应。此外据文献报道,吡咯烷基叠氮化合物与芳香炔的点击反应产物对铜离子具有很强的络合作用。基于上述事实,在论文的第二部份,我们设计了含有吡咯环-三唑基元的化合物作为组氨酸的小分子传感器。在铜离子存在下,加入组氨酸对映体可诱导产生圆二色信号,但是这种信号并不能稳定存在。在此基础上,我们将吡咯环-三唑基元键接到聚（2-噁唑啉）均聚物和共聚物上,结果表明高分子化的传感器其信号稳定性得到显著提高。尤其是,两亲共聚物传感器由于自组装使得手性光学信号增强,其灵敏性相比于小分子探针提高了五倍以上。这种拟肽聚合物基手光纳米探针可望在生物医学检测方面得到应用。利用聚（2-噁唑啉）拟肽结构特点以及其分子设计灵活、合成可控的优势,在论文第三部份,采用自下而上策略,从单体分子设计开始,探索了一种结构新颖的聚（2-噁唑啉）衍生物。该聚合物侧链上同时包含氢键的给受体单元,这种结构基元与蛋白质中导致β-折叠构象的聚甘氨酸十分类似。结果表明,设计的2-噁唑啉单体在聚合过程中发生原位自组装结晶,并且表现出异乎寻常的耐溶剂性。经过详尽分析后发现,参与结晶的齐聚物分子通过自组装形成超分子链,进而在优势方向上发生自组织形成二维有机纳米晶体。这种在聚合时原位自组装形成有机纳米晶体的过程,目前只发现于天然聚合物纳米晶（如:纤维素纳米晶等）的生物合成过程中。按照现行有机纳米晶体分类方法,可以定义为一个新门类,即超分子有机纳米晶体（SONCs）。研究发现,上述超分子有机纳米晶在苯甲醚中呈现了溶致液晶现象,打破了长期以来有关溶致液晶只能由两亲性分子形成的固有认识。这种全新的溶致液晶具有温致变色性质,同时对微量有机物具有刺激响应性,是一种新颖的潜在传感材料。利用这种超分子溶致液晶的独特性质,只需通过嵌段共聚物与均聚物共混退火的方式,就能进行快速的功能叠加,因而非常适用于多功能液晶材料及化学检测试剂盒的设计。利用上述功能化方法,我们制备了一种手性超分子溶致液晶,并初步考察了它的手性识别能力。