近年来,荧光探针由于具有很高的敏感性和选择性,可以实时监测,并且容易操作等优点被人们认为是一种有效的生物检测工具。迄今为止,大部分报道的荧光探针都是单光子荧光探针,由于单光子荧光探针是用短波长激发的,存在很多缺点,比如容易造成光损伤,光漂白和背景颜色的干扰。因此,为了克服单光子荧光探针存在的缺陷,我们急需要寻求一种在长波下激发,能够应用于细胞中进行检测,且具有高的荧光量子产率,大的吸收截面积和更灵敏识别的双光子荧光探针。次氯酸是生物体内重要的活性氧之一,具有强氧化性,对生物体有着重要影响,也广泛应用于日常生活中。然而,过量的次氯酸会导致一些疾病的发生,例如癌症等。金是一种贵重金属,可以制作货币、珠宝以及一些首饰品,金离子有抗炎特性,可以用于合成关节炎、癌症等药物。尽管金离子有如此多的应用,但我们还应该注意金离子有很大的毒性,因为金离子可以和DNA紧密的结合,会导致肝脏、肾脏及神经系统的损坏,所以我们一定要注意控制金离子的含量。Cu是继Fe和Zn之后的重要过渡金属元素,对维持生物体正常运转起着重要作用。Cu2+离子在生物体中的含量虽然很少,但是缺乏Cu2+离子会导致生物体生长过程的紊乱,同样,如果Cu2+含量过多的话也会对生物体产生很大的毒害。鉴于此,检测生物体中次氯酸,金离子,铜离子的含量,研究活细胞中次氯酸,金离子,铜离子的动态分布,已经成为了当今生物学和医学研究的重要课题。本论文在查阅了大量文献的基础上,设计合成了基于咔唑的能够选择性识别ClO-Au3+、Cu2+的双光子荧光探针,通过1HNMR、13CNMR以及质谱等测试对目标探针进行了结构表征,而且通过紫外、单光子/双光子荧光等研究了光学性质,并成功地用于细胞成像,部分还成功定位线粒体。一、我们设计并合成了两个水溶性的以咔唑为母体的次氯酸双光子荧光探针。使用咔唑为母体,是因为从已报道的咔唑类荧光探针中发现,咔唑具有很好的光稳定性,很低的细胞毒性以及很大的双光子吸收截面积等优点。以咔唑基团作为电子供体,吡啶正离子作为电子受体,形成D-π-A型双光子荧光探针,这种卓越的分子内电荷转移(ICT)体系保证了探针的双光子性质。以肟作为识别基团,通过C=N键的旋转从而实现对次氯酸的检测。吡啶正离子可以定位到线粒体中,而且可以增加探针的水溶性。二、在第一个工作及文献的基础之上,我们又以咔唑基团作为电子供体,乙烯基吡啶正离子作为电子受体,合成了一个新的检测金离子的双光子荧光探针,以2-肼吡啶作为识别基团,通过金离子的水解作用实现对金离子的检测。该探针具有很高的灵敏度、很低的检测限以及很大的Stokes位移,并成功地定位到线粒体中。三、我们设计并合成了以咔唑为母体的"turn-on"型铜离子双光子荧光探针,该探针具有很好的光稳定性,很低的细胞毒性以及很大的双光子吸收截面积等优点。我们用2-甲酰吡啶肼与醛基反应可得到席夫碱类有机物,通过铜的水解作用成功的检测铜离子。