聚合物纳米胶囊是由聚合物制成的纳米尺度的中空球体,在封装、控制释放、成像和催化等方面有着广泛的应用。科学家们采用模板法策略、自组装策略、乳液聚合策略和树枝状分子策略等传统方法构建了空心的聚合物纳米胶囊。然而,这些方法大多需要模板或预先组织好的结构来形成一个核-壳结构,然后移除模板或核来产生一个空心球体,过程复杂且繁琐。因此,发展新的简单的聚合物纳米胶囊制备方法仍然是科学家们研究的重点。近些年来,科学家们提出了一种构筑超薄聚合物纳米胶囊的新方法。利用此方法构筑超薄聚合物纳米胶囊需要两种基元:一种是带有多个对称反应基团的刚性盘状分子,另一种是柔性的线性连接体。尺寸均一,高稳定性的聚合物纳米胶囊可以在不需要任何预处理,乳化剂和模板的情况下,仅通过两种基元在溶液中的聚合反应直接得到。到目前为止,这种新的超薄聚合物纳米胶囊的制备方法的研究仍然处于初步阶段,构成聚合物纳米胶囊的两种基元都是以共价键连接。那么,这种超薄纳米胶囊的构筑方法是否具有普适性?化学键是否对聚合物纳米胶囊的构筑有影响?是否其他的共价连接方式都可用于构筑聚合物纳米胶囊?除共价键以外的连接方式能否用于构筑聚合物纳米胶囊?如何将新型聚合物纳米胶囊功能化?基于以上思考,我们分别用超分子相互作用、动态共价键和共价相互作用连接两种基元用于构筑功能化的超薄聚合物纳米胶囊。具体研究成果如下:1.基于超分子相互作用构建具有抗氧化功能的超薄聚合物纳米胶囊超分子相互作用包括多种非共价相互作用,比如多重氢键相互作用、金属配位相互作用、主-客体相互作用和π-π堆积相互作用等。超分子相互作用连接的能量比传统的共价键的键能低得多。并且,超分子相互作用具有动态可逆性质。在本部分工作中,我们选用葫芦[8]脲（CB[8]）分子为超分子主体分子,偶氮苯（Azo）分子和紫精（MV）分子为超分子客体分子,通过CB[8]与Azo、MV的三元复合构筑超薄聚合物纳米胶囊用于多酶级联抗氧化。该抗氧化系统有其自身的优点,包括:（1）CB[8]可以结合两种不同分子（刚性分子和柔性连接体）,这两种分子可以分别引入超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）的催化中心;（2）基于CB[8]超分子组装的结构均匀性可以使酶参数与结构之间的耦合偏差最小化;（3）超分子组装体在细胞环境中具有良好的稳定性,有利于在细胞水平上研究抗氧化效果。2.基于动态共价键构建具有光捕获功能的超薄聚合物纳米胶囊动态共价键的键能介于强的传统的共价键和弱的超分子相互作用之间。并且,与共价键相比,动态共价键可以在温和的条件下生成和断开;与超分子相互作用相比,动态共价键稳定性更强。在本部分工作中,我们选用席夫碱这种动态共价键用于构建以超薄聚合物纳米胶囊为载体的人工光捕获系统。在天然光捕获系统,比如植物细胞和光合细菌中,高度有序的捕光天线发色团在光合作用中起着重要作用,可以捕获光能并将光能高效传递到反应中心。在能量传递过程中,能量传递效率与捕光天线发色团的空间排布有关,如果捕光天线发色团距离太近则光能淬灭,太远则能量传递效率很低。我们用具有聚集诱导发光（AIE）性质的四苯基乙烯（TPE）分子作为刚性分子,乙二胺作为柔性链,通过醛基和氨基反应制备超薄聚合物纳米胶囊。有序排列的TPE分子可以模拟光捕获系统中有序排列的捕光天线发色团作为供体。由于TPE具有AIE性质,这避免TPE有序聚集后的光能淬灭。随后,卟啉分子作为受体分子被修饰在纳米胶囊表面,构筑了完整的光捕获系统。在这个光捕获系统中,能量可以在超薄纳米胶囊表面高效的从TPE分子传递到卟啉分子。3.基于共价相互作用构建具有抗肿瘤功能的超薄聚合物纳米胶囊共价键是原子间共用电子形成的化学键,具有很强的键能。在本部分工作中,我们通过辣根过氧化物酶（HRP）催化酪氨酸二聚的共价交联方式来构筑超薄聚合物纳米胶囊。我们选用光敏剂卟啉分子作为超薄聚合物纳米胶囊的构筑基元,因此,纳米胶囊能在红外光照下产生单线态氧（~1O2）,具有光动力学肿瘤治疗功能。聚合物纳米胶囊是在水中形成的,它可以原位包覆葡萄糖氧化酶（GOx）和过氧化氢酶（CAT）形成负载双酶的GOx/CAT纳米胶囊。这种GOx/CAT纳米胶囊具有多方式协同肿瘤治疗功能,其中GOx分解营养物质葡萄糖并产生H2O2,CAT将H2O2分解成O2,O2在光照时被光敏剂卟啉敏化成~1O2,对肿瘤起到饥饿和光动力学协同治疗功效。