图2.(A)两相染料置换分析法，用于选择性感测Pb2+，Ca2+和Na+。(B)用于K+检测的改进的三相染料置换水凝胶测定法，具有更高的灵敏度。

过渡金属阳离子

汞是一种剧毒的重金属，会导致严重的环境和健康问题。 饮用水的限值为10 nM Hg2+(美国环境保护署)。

在2010年，Liu等人报道了一种DNA功能化的聚丙烯酰胺水凝胶，可以检测和去除环境水中的Hg2+。作者在设计中利用了Hg2+对胸腺嘧啶(T)碱基和聚(丙烯酰胺)的亲和力，将富含T的DNA丙烯酸与丙烯酰胺和双(丙烯酰胺)(交联剂)共聚形成能够吸收Hg2+的水凝胶。在没有Hg2+的情况下，DNA链采用随机的卷曲结构，而当存在Hg2+时，T-Hg2+-T配位诱导了发夹结构。加入荧光染料DNA SYBR Green I后，前者在UV激发下会发出微弱的黄色荧光，而后者会在1小时的响应时间内产生强烈的绿色荧光(图3A)，即使用肉眼也可以检测到。(参考:J. Am. Chem. Soc.2010,132,– )

图3.(A)Liu的富含T的DNA功能化的荧光水凝胶，用于检测Hg2+。(B)Gu的基于IFP的Hg2+感测水凝胶。(C)Wang的光子晶体水凝胶传感器在制造和Hg2+检测期间的尺寸变化。

2.阴离子

检测和定量水溶液中阴离子的浓度非常重要，因为许多阴离子在低浓度下可能有用，但在较高浓度下(例如F–，I–和NO3–)有毒。

卤化物

已知卤化物会与银(I)反应形成不溶性盐，AgX的稳定常数从F尽管可以通过Ag(I)金属金属的崩解检测到较大的卤化物，但氟化物却不能。Zhou和Li而是利用F-对硅氧烷的反应性来开发氟化物引发的荧光水凝胶。该对将MAA封端的CdTe量子点与烷基铵官能化的硅氧烷在水中混合，以形成荧光溶液(图4)。(参考:ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 721– 724)

图4.(A)具有F基团检测结果的具有硅氧烷基团的Li's CdTe量子点交联。(B)杨氏水凝胶封装的水不溶性荧光探针2与F–的反应。(C)用于氟化物感测的Ghosh和Pati基于吡ido醛的胶凝剂4的结构。

含氧阴离子

除卤化物外，还需要检测其他阴离子。 张等人研发了一种含氧阴离子触发的水凝胶。质子化的三聚氰胺可以在室温下pH 2至5之间与含氧阴离子NO3-，SO42-，PO43-和5'-三磷酸腺苷(ATP)形成凝胶。通过调节至7以上的pH值或加热至50°C以上。选择性的基本原理是含氧阴离子在质子化的三聚氰胺分子之间形成氢键“桥”的能力，因为它们具有≥3个氧原子(图5A)。这些凝胶可在离子强度(NaCl，0-1 M)变化的溶液中形成，因此可用于检测可能引起富营养化的过量环境磷酸盐和硝酸盐。(参考:Chem. Commun. 2010, 46, 6786– 6788)

图5.(A)Zhang提出的三聚氰胺与含氧阴离子凝胶化的结构。(B)(i)Hamachi荧光水凝胶中用于凝胶识别的胶凝剂5和化学传感器6-8的结构。(ii)在结合不同的磷酸酯衍生物后，化学传感器6在水凝胶中的重新分布。(iii)FRET系统7和8在结合不同的磷酸酯衍生物时的响应示意图。(C)Liu的荧光水凝胶中用于ATP感应的胶凝剂9的结构。(D)Tu的锌络合物10的结构，这些锌络合物形成ATP触发的荧光水凝胶。

其他

Lin和他的同事分别开发了一种多刺激响应水凝胶，用于体外荧光检测氰化物，汞和半胱氨酸(图6A)。作者合成了萘酰亚胺功能化的支柱[5]芳烃(PNA)，它可以与双吡啶盐(GBP)自组装以在DMSO/H2O中形成超分子水凝胶(PNAGBP，80 mM，1:1)。该凝胶具有强黄色荧光(在λex= 365 nm处，λem= 530 nm)，这是由于柱状芳烃腔中包含吡啶鎓基团引起的AIE所致。(参考:Macromolecules 2017, 50, 7863– 7871)

图6.(A)Lin的PNAGBP·I2水凝胶的自组装，用于CN-，Hg2+和Cys的荧光检测。(B)Wang的发光纳米纤维素水凝胶的自组装。

3.与生物有关的分子和生物分子

葡萄糖

糖尿病是一种主要的代谢疾病，2014年影响全球近18岁以上人口的8.5%。毫不奇怪，庞大的葡萄糖传感器市场是由糖尿病患者不断监测其血糖水平的需求所驱动的，其中85% 包括葡萄糖传感器的生物传感器市场。已经开发了各种各样的葡萄糖反应性水凝胶以检测和定量分析物，或者用作响应于葡萄糖水平原位控制释放治疗剂(例如胰岛素)的智能平台。