Ca²⁺作为细胞内的信息传递物质,它起着调节许多重要细胞功能的作用。作为第二信使,Ca²⁺参与生物信号的跨膜传递,介导细胞对外界刺激的应答等等,因此,准确测定活体细胞内游离Ca²⁺的浓度及其动态变化已成为化学、生命科学及基础临床医学研究中的一个非常重要的研究领域。80年代以来Tsien等人合成的具有EGTA、BAPTA螫合母体的Ca²⁺荧光探针,广泛地应用于细胞内游离Ca²⁺浓度的测定。这种方法灵敏性高,响应时间短,并且可以通过显微镜成像来提高空间解析度,从而为细胞内Ca²⁺的研究提供一条简便、高效的途径。因此,Ca²⁺荧光探针的设计、合成也成为有机合成化学的热点问题。目前广泛应用的Ca²⁺荧光探针上要以荧光素类和吲哚型为主。其中,荧光素类Ca²⁺荧光探针属于可见光激发的荧光探针,主要通过荧光强度的变化来测定胞内Ca²⁺的浓度:吲哚型Ca²⁺荧光探针属于紫外光激发的荧光探针,在结合了Ca²⁺后,激发波长或发射波长会发生较大位移.可应用双波长比率法进行Ca²⁺浓度的测定。然而,目前商业化应用的Ca²⁺荧光探针的数目极为有限。为了满足不同浓度范围Ca2²⁺的测试,改善探针的生物亲和性以及荧光强度,本文围绕新型Ca²⁺荧光探针的设计、合成及其胞内信使作用展开研究.主要内容有以下几个方面:1.通过对目前广泛应用的Ca²⁺荧光探针的螫合母体BAPTA结构的分析,设计、合成了五种新型BAPTA结构的衍生物,并对这五种化合物进行了结构表征.2.设计、合成了三种未见文献报道的新型荧光素类Ca²⁺荧光探针,并对这三种新型荧光素类Ca²⁺荧光探针的甲酯形式进行了结构表征。报道了这三种新型荧光素类Ca²⁺荧光探针甲酯的荧光光谱。3.设计、合成了五种未见文献报道的新型含氯荧光素类Ca²⁺荧光探针,并对这五种新型荧光素类Ca²⁺荧光探针的甲酯形式进行了结构表征.报道了这五种新型荧光素类Ca²⁺荧光探针甲酯的荧光光谱。同时,从理论计算角度获得了Ca²⁺荧光探针分子设计的有用结果。4.设计、合成了五种未见文献报道的新型吲哚型Ca²⁺荧光探针,并对这五种新型吲哚犁Ca²⁺荧光探针的甲酯形式进行了结构表征。报道了这五种新型吲哚型Ca²⁺荧光探针的荧光光谱。5.对设计、合成的新型荧光素类Ca²⁺荧光探针Fluo-3M的荧光光谱进行了研究,结果表明,Fluo-3M在与Ca²⁺结合后,荧光强度明显增强。其最大激发波长和发射波长与Fluo-3类似,所有可应用于Fluo-3的荧光成像仪器均适用于这种新型探针,为Fluo-3M的商品化应用奠定了基础。6.对设计、合成的新型荧光素类Ca²⁺荧光探针Fluo-3M的离解平衡常数-K_d进行了测定,结果表明,Fluo-3M是一种具有较高亲和力（低K_d值）的Ca²⁺荧光探针,适用于细胞膜附近的Ca²⁺浓度的测定。7.将设计、合成的新型荧光素类Ca²⁺荧光探针Fluo-3M的乙酸甲酯形式-Fluo-3MAM负载入人胚肾细胞及中国仓鼠卵巢细胞中,应用Olympus IX71型倒置研究级荧光显微镜进行活体细胞中胞内自由Ca²⁺的检测和成像。结果表明:Fluo-3M具有优良的荧光性能和生物亲和性,可应用于活体细胞的连续测定,是一种性能优良的Ca²⁺荧光探针。