二维(2D)材料是由一层或几层叠加在一起的原子或者分子层组成,层内一般由较强的共价键或离子键连接,而层间则由作用力较弱的范德华力结合;目前研究较多的典型的二维材料有石墨烯(导体)、二硫化钼(半导体)以及氮化硼(绝缘体)等。二维材料具有超大的比表面积、柔软易折叠等特性,在载药和催化等方面具有广泛的应用;但在其应用于生物体中时,其超大的比表面积会增强免疫系统的捕获和清除作用,限制了应用效率。二维材料的组装是智能调控材料比表面积的一种常见的手段,其组装方法主要包括:(1)原位组装;(2)一维模板辅助的组装;(3)剪切力及溶剂辅助的组装;(4)二维材料表面修饰的组装等。但上述的方法由于需要外界能量的干预,导致其组装体不可控,限制了其应用。利用不对称修饰的手段来构建不对称结构(Janus)去诱导二维材料的自组装,是在材料进行组装时,使二维材料不同的表面获得不同的作用力,从而作为一种驱动力促使其在溶剂中自发地发生组装,从而避免了外界能量的干预。在本论文中,以二维材料氧化石墨烯(GO)为研究对象,利用静电作用在其表面修饰聚苯乙烯(PS)链段,比较了不同尺寸GO在组装过程中的不同动力学行为,验证了其作为智能探针的可行性。1、当二维材料被应用于生物体中时,其超大的比表面积会大幅提高材料被免疫系统清除的概率,降低载药或肿瘤检测的能效。影像技术是重要的肿瘤辅助诊断手段,但目前影像手段只能对肿瘤进行定位或半定性分析,尚不能实现对恶性肿瘤的直接诊断。本章以悬浮聚合的方法制备了表面带正电的PS微球;以GO片层为模板,利用静电作用,在其两侧分别修饰上PS疏水链以及金属阳离子,得到PS-GO-M~+复合微球;通过DMF刻蚀作用,得到了非对称修饰的Janus PS-GO-M~+片层。利用Janus PS-GO-M~+片层的非对称性,研究了其在THF中的自组装行为,通过调节金属离子的体系含量实现了对Janus PS-GO-M~+片层组装行为的智能调控,构建出智能磁共振成像(MRI)纳米探针,利用纳米探针对肿瘤微环境的识别和响应,将肿瘤微环境的特征转变为数字化的成像信息,实现肿瘤在MRI中的直接诊断。2、较小尺寸的二维材料GO片层在溶剂中分散困难,容易团聚,较难剥离,在不借助外力下,很难使其自发组装成为有序结构。本章利用无皂悬浮聚合制备了表面带正电荷的PS微球;利用静电作用,将小尺寸的GO片层吸附在PS微球表面,对GO片层进行剥离;通过DMF的刻蚀作用,得到了类似于蝌蚪状的PS-GO片层。用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、接触角、凝胶渗透色谱(GPC)、zeta电位、热失重分析(TGA)等表征手段确定了PS-GO纳米片层的结构和表面性能。进一步研究了PS-GO纳米片在THF中的自组装行为,得到了类似于纳米线、纳米膜的中间体,并最终得到了类似于竹节状的组装体。通过对比实验,证明了PS链段对于驱动结构基元自组装得到高级组装结构的关键作用,对石墨烯的分级自组装提供了指导意义。