刺激响应大分子是这样一类物质，它可以接收外部输入的刺激信号，可逆或不可逆地导致大分子化学结构的改变，影响其在体相或溶液中的行为特性，在系统中响应出一个化学或物理输出的变化。本论文基于对新型刺激源的探索与开发，通过建立大分子拓扑结构工程学，在聚合物刺激模式-拓扑结构-功能应用的一体化方面进行了有意义的探索，相关结果将有助于对生物细胞的物质传输、生物膜的开闭以及细胞的人工自组装模拟和智能性应答行为的研究。论文主要取得了以下三部分成果：一、在刺激源方面，发展了几种适合自然和生理条件应用的刺激模式，创建了有高度响应性的含特定功能基团的大分子体系：电压响应模式，模拟生物细胞膜电位控制的膜开闭原理；二氧化碳响应模式，诱导刺激聚合物侧链上脒基团发生逐步质子化反应，驱动大分子囊泡仿生“呼吸”运动；低能量可见光响应模式，推动聚合物链中的蒽基团的加成-裂解反应，使大分子胶束可控解组装。通过建立各种新型的刺激模式，大大增强了智能大分子在工业或人体内应用时的可操作性和生物相容性，对人体细胞无毒害无损伤，有望应用于药物载体及纳米胶囊的临床研究。二、在拓扑结构工程学方面，拓展了嵌段共聚物型刺激响应大分子的结构，还在其基础上提出并发展了一种超分子嵌段共聚物的方法。这种方法与传统的嵌段共聚物方法不同，其依托均聚物骨架中特定位置的超分子功能基团，通过“均聚物正交自组装”策略链接成超分子嵌段共聚物，而链接基团本身又具有刺激响应性，可实现这类超分子嵌段共聚物的组装与解组装。研究表明，这种新途径仅需要合成末端修饰的均聚物，极大缩短了有机合成的步骤，非共价键连接使体系灵敏性和可逆性更强；超分子连接基元种类丰富，连接方式多样化，通过合理想象和设计，可以构筑多种拓扑结构类型。三、在大分子体系的功能方面，对三个可能的功能性应用进行了初步探索，取得了如下结果：一是作为纳米输运载体可控的递送和释放药物，显示了在诸多领域使有用成分缓控释的可行性；二是制成纳米传感器，通过肉眼可见的光色差异变化作为超敏温度计和全谱比色计阵列；三是建立了人工模拟细胞的组装体模型，取得了很好的智能应答结果，对于仿生膜的开发有重要价值。