进入21世纪之后,随着生命科学的飞速发展,对细胞中痕量甚至单个生物分子（离子、小分子、核酸和蛋白质等）的检测变得越来越重要,因为细胞中痕量特定生物分子发生变化往往是体系发生重要变化的开始。因此,在这些生命体系发生变化的初始阶段,实现多种细胞中相关生物分子的痕量检测,对于控制体系变化和改善体系现状无疑具有极为重要的意义。近年来,各种具有出色性能的新型材料（共轭聚合物、小分子染料和上转换纳米材料等）的涌现为制备新型的荧光生物探针用于细胞内的生物分析提供了坚实的基础和可能。因此建立基于新型材料的荧光生物探针,实现对细胞内生物分子的高灵敏和高特异性检测,必将为生命科学的研究提供强有力的支持。本论文将新型的荧光材料和荧光化学生物检测相结合,分别制备了基于阳离子共轭聚合物的Fe³⁺探针,基于荧光共振能量转移的小分子时间分辨荧光探针,基于上转化荧光纳米材料的纳米探针,以及基于ESIPT的固态发光探针,实现了对细胞内各种生物分子高灵敏特异性分析。主要内容如下:（1）在第二章中,我们设计并合成了含罗丹明的水溶性共轭聚合物CP 1,作为FRET比率型探针对细胞内Fe³⁺进行检测。无需任何有机共溶剂,CP 1在纯水溶液中展现出优良的溶解性。由于CPs的分子导线的效应,探针CP1对Fe³⁺表现出好的选择性和可逆性,这样就能够在实际复杂样品和活细胞中动态监测Fe³⁺的浓度变化。（2）在第三章中,我们设计并合成了基于FRET的芘二聚体-荧光素杂化的新型pH探针PF,作为一个比率型的时间分辨传感平台应用于生化分析。该平台具有两个优点:1.比率型的荧光探针能消除环境因素;2.时间分辨的荧光探针可以从含有内源荧光背景的生物样品中很好的区分探针的响应信号。细胞实验结果表明,其具有较低的细胞毒性,良好的生物相容性,可适用于活细胞内pH值的比率型定量监测。（3）在第四章中,我们设计并制备了基于上转换发光的pH纳米探针平台,用于基于LRET的高灵敏度和高选择性的生物传感和生物成像。通过优化过渡层厚度,可获得具有较高能量转移效率的体系,可用于pH的生物传感和生物成像。（4）在第五章中,在前一个工作的基础上,我们调节了稀土元素的掺杂量合成出不同荧光发射的上转换材料,并采用对Hg²⁺有较好响应的罗丹明B-乙二胺（Rh B-2NH2）作为识别基团,以期扩展这种基于上转换纳米材料生物传感体系的应用范围,验证其通用性。结果表明该纳米体系USR是能够通过上转换发光成像监测活细胞中Hg²⁺的分布变化。基于本工作和上一工作的实验结果,我们成功的制备了基于LRET的比率型多层核/壳结构的UCNPs/二氧化硅纳米体系,可用于生物传感和生物成像,因此为生物传感和生物成像研究提供了高灵敏的新型探针平台。（5）在第六章中,我们设计并合成了探针MA-HPQ,作为基于ESIPT的固态发光探针对细胞内Cys进行检测。探针MA-HPQ的ESIPT效应和固态发光特性能够高灵敏的检测Cys,这样就能够在实际复杂样品和活细胞中动态监测Cys的浓度变化。