响应型高分子材料能够适应外界环境,调节离子和分子的传输,并在外界环境发生改变时,能够改变自身的浸润性和吸附性,可以将化学和生物化学信号转化成光,电,热及机械信号等。这种功能性材料在许多领域有着非常广泛而重要的应用,例如,药物释放、临床诊断、组织工程、智能光学系统、生物传感、微电子器件系统、涂料和纺织品等。本文主要针对智能系统的构建开展研究。设计了智能纳米界面材料,在外界条件(例如温度,pH)的刺激下,这种界面材料的物理性能(亲疏水、电子转移)能够随之发生相应的变化；进一步构建了生物分子逻辑门并建立对有机磷农药检测的新方法。主要工作内容如下：1.首先采用Hummers方法,成功制备出氧化石墨烯和还原石墨烯纳米片。然后通过自由基聚合的方法,将聚N-异丙基丙烯酰胺接枝在石墨烯纳米片表面,得到温度敏感的石墨烯纳米片。采用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、以及电化学方法对制备的聚N-异丙基丙烯酰胺石墨烯纳米片复合物(PNIPAm-rGO)进行表征。实验结果表明,PNIPAm-rGO复合材料的最低临界相变温度(LCST)为28℃,当溶液温度高于LCST时,这种复合材料表现出很好的疏水性,当温度低于其LCST时,这种复合材料又表现出良好的亲水性,并在高温-低温不断变化的情况,其亲水-疏水性具有可逆性。将PNIPAm-rGO复合材料修饰到电极表面也可以实现电极表面电子转移的“开”-“关”行为。2.首先在电极表面电聚合4-氨基苯硫酚修饰的金纳米粒子(Au NPs)形成粗糙的纳米结构,再利用电化学诱导自由基聚合分别将温度敏感的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)凝胶和pH敏感的聚丙烯酸(PAA)凝胶修饰到电极表面,构建了对温度和pH敏感的亲疏水界面材料。实验结果表明,PNIPAm/Au NPs和PAA/Au NPs复合薄膜分别对温度,pH具有良好的电化学和浸润性“开”-“关”性能。其界面接触角可以通过温度,pH值来调节。进一步研究表明微纳米结构和表面化学组成对界面的亲疏水性能起着非常重要的作用。这种可控亲疏水界面对基础研究和实际应用有很大的潜在价值。该界面材料可以用于细胞的可控生长,微-纳流体传输及生物材料吸附等领域。3.利用生物酶催化反应,成功构建了信息处理系统(生物计算机)。以乙酰胆碱酯酶(AChE)、胆碱氧化酶(ChOD)和辣根过氧化酶(HRP)为输入信号(A,B,C)。以生物催化氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)在652nm处溶液的紫外-可见吸光度(强或弱)为输出信号,在含有乙酰胆碱酯与TMB的氧气饱和溶液中构成三联AND逻辑门。无任何酶加入时,输入信号为(0,0,0),系统只有弱吸收,输出信号为0；当其中任何一种酶或两种酶同时存在的情况下,即输入信号为(0,0,1；0,1,0；0,1,1；1,0,0；1,0,1；1,1,0),系统只有弱吸收,输出信号为0；而当三种酶都存在的情况下,输入信号为(1,1,1),系统有强吸收,输出信号为1。由于有机磷农药乐果对乙酰胆碱具有抑制作用,因此可以利用逻辑门在输出信号为1时,对农药进行检测。其对乐果的检测范围为1μg mL-1～20μg mL-1。