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稀土离子Stokes位移大、荧光寿命长和发射峰窄等光学性质使得稀土荧光探针可有效地消除来自样品、仪器及其他的非特异性荧光，极大地提高检测灵敏度。因此，基于稀土荧光探针发展起来的时间分辨荧光分析在生物传感，细胞成像和医学诊断等研究领域得到了广泛的应用。在本论文中，我们以稀土离子为中心离子设计合成了一些稀土荧光配合物和新的稀土荧光配位聚合物，并以这些稀土材料为荧光探针建立了新的荧光分析方法。具体内容如下:
1、稀土配合物荧光分析Hg2+及生物巯基的研究
荧光分析具有制样简单、分析时间短，检测灵敏度高的特点，在生命科学和医学研究领域发挥着重要的作用。然而，传统的荧光探针容易受到非特异性荧光的干扰，特别是在对背景荧光很高的生物样品进行测定时受干扰严重。Hg2+是一种高毒性的全球污染物，检测Hg2+的方法也很多，但是稀土配合物作为荧光探针检测Hg2+的研究还没有报道。我们以二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)为螯合配体，7-氨基-4-甲基-2-喹啉酮(cs124)为天线分子合成了水溶性好、发光强度高的稀±配合物cs124-DTPA-Tb。基于Hg2+对cs124-DTPA-Tb的荧光淬灭作用，我们建立了一种检测Hg2+的新方法，探讨了Hg2+淬灭cs124-DTPA-Tb荧光的作用机制。尿液中Hg2+含量的准确定量表明该荧光探针能有效消除样品背景荧光的干扰。此外，该荧光探针还具有化学稳定性好、pH使用范围宽、Hg2+选择性和灵敏度高等优点。
监测巯基在生物体内的含量变化能为我们对疾病的诊断提供有力的参考。由于Hg-S键的稳定性比Hg2+与其他亲核试剂的稳定常数高10倍以上，巯基分子的加入能恢复Hg2+淬灭的cs124-DTPA-Tb荧光，由此我们首次利用稀土配合物为荧光探针设计了一种检测生物巯基的新方法—cs124-DTPA-Tb-Hg(Ⅱ)体系，并应用该体系对尿液和肿瘤细胞中的巯基含量进行了定量分析。该体系对还原型谷胱甘肽(GSH)、高半胱氨酸(Hcy)和半胱氨酸(Cys)的最低检测浓度分别为80nM，100nM以及400nM，同时也表现出优秀的选择性。与经典的DTNB法和其他荧光方法相比，cs124-DTPA-Tb-Hg(Ⅱ)巯基检测体系不仅具有高的检测灵敏度，而且能有效地消除来自样品的背景荧光对巯基检测的干扰，特别适合于生物样品中巯基的测定。
2、银纳米粒子增强溶液中稀土荧光的研究
目前大多数金属荧光增强(MEF)效应的研究是把染料分子固定在二维的金属薄膜上进行的，这限制了其作为荧光探针在生物医学上的应用。以悬浮在液相的金属纳米材料为衬底增强稀土荧光不仅能提高稀土荧光探针的检测灵敏度，而且也将扩大稀土荧光探针的应用范围。我们利用悬浮在液相的银纳米粒子（AgNPs）为衬底材料研究了在液相中的MEF效应。系统研究了影响AgNPs增强Eu3+荧光的因素。在优化条件下，基于四环素(Tc)敏化Eu3+发光的原理建立了一种高灵敏检测四环素的新方法。该方法最低可检测的四环素浓度是4nM，并利用该方法对牛奶中四环素的含量进行了定量分析。该荧光方法具有检测过程简单、直接，不需要复杂的反应环境等优点。
3、静电斥力对银纳米粒子比色分析灵敏度的研究
为了提高金属纳米粒子比色分析的灵敏度，研究者把注意力大多集中在如何优化设计和合成纳米粒子表面的配体分子。然而，对于纳米粒子之间相互作用力的关注却非常少，有关粒子间静电斥力影响检测灵敏度的研究则更少。本论文以含有不同负电荷的腺苷酸（ATP、ADP和AMP）为配体分子制备了功能化的AgNPs，利用Hg2+诱导腺苷酸修饰的AgNPs聚集而导致溶液颜色变化的特性，研究了静电斥力对金属纳米粒子比色分析的影响。结果表明，AgNPs表面的电荷不仅与AgNPs的粒径密切相关，而且也影响着Hg2+检测的灵敏度和线性范围。根据这一结果，使用AMP-AgNPs比色检测Hg2+表现出了高灵敏度(0.5nM)和优秀的Hg2+选择性。
4、新型荧光稀土配位聚合物的制备与传感分析
稀土配位聚合物是一种新型荧光材料，可望成为一种极具发展前景的新型荧光探针。但是，目前所报道的配位聚合物大多数是由疏水的有机配体分子作为桥连配体构建而成的。这些配位聚合物都是大尺寸的固态物质，生物相容性很差，这也因此限制了它们作为传感材料在生物分析中的应用。在本论文中，我们以水溶性的生物分子为桥连配体与稀土离子合成了一系列新的纳米尺寸的稀土配位聚合物，并用这些稀土配位聚合物构建了荧光传感器。
利用腺嘌呤单核苷酸(AMP)，四环素和Eu3+的自组装制备了AMP/Eu-Tc荧光配位聚合物。由于在配位聚合物内部存在一个疏水的核，所以包含了四环素的AMP/Eu配位聚合物(AMP/Eu-Tc)发出的荧光强度是配位聚合物AMP/Eu的30倍。该配位聚合物同时也表现出长的荧光寿命，良好的分散性和光学稳定性。
采用自组装技术合成了配位聚合物AMP/Tb，发现AMP/Tb可与Ag+发生强烈作用，荧光强度可以显著地增强。我们研究了Ag+增强AMP/Tb荧光的机理，并首次把AMP/Tb用作荧光探针检测了水样中Ag+的含量。该荧光探针对Ag+的最低检测浓度为60nM，并表现出优秀的Ag+选择性。
利用配位聚合物结构与功能可调的性质，首次设计合成了一种具有光诱导电子转移传感功能的稀土配位聚合物纳米粒子。这种聚合物纳米粒子由腺嘌呤(Ad)，Tb3+和2，6-吡啶二羧酸(DPA)组成，具有良好的单分散性，对Hg2+具有高度的选择性。由于Hg2+能够阻断从腺嘌呤到DPA的电子转移过程而使得配位聚合物纳米粒子的荧光增强，我们以此纳米粒子为荧光探针检测了水样中Hg2+的含量。该荧光探针对Hg2+的测定具有超高灵敏度，检测限达到0.2nM，同时还具有制备简单、反应速度快、选择性好等优点。