经过100多年的发展,荧光化学传感器的研究已经取得了空前的进步,其应用已经拓展到了生理学、药理学、生物学和环境科学等各项领域。螺芴类双光子荧光探针的研究一直是本课题组工作的重心,利用双光子探针的长波激发短波发射的特点和高效透过性性能,可有效避免荧光激发造成的生物体损伤,这使得荧光探针在生物成像等方面的应用变得更加高效。氨基酸是生物体中普遍存在的一种活性生物大分子,也是人体中最重要的营养物质之一。它是人体生命活动第一要素-蛋白质的基本单元,同时对于保持人体内部氮的总平衡,推动催化代谢过程,参与酶、激素以及维生素的组成,维持生物体正常的生命活动有着重要意义。本课题组之前的工作主要致力于荧光探针对氧化还原性物质的识别以及对锌、汞等金属离子的响应方面,本课题则主要将目光聚集到了与生物体结合更紧密的氨基酸方面,并探索螺芴类探针的其他潜在性能,以期待将螺芴类双光子荧光探针与生物体的生理病理学研究更好的结合,将荧光化学传感技术更好的应用于生命科学领域。本工作从以下几个方面展开:第一部分:以识别氨基酸为目的,四种螺二芴类双光子荧光探针,即化合物SPF-TM1、TM2、TM3和TM4,被合成了出来,并对其进行结构表征。此外,设计并合成了基于席夫碱结构的双光子荧光探针SPF-TM5,并表征其结构。第二部分:探求了探针SPF-TM1、TM2对不同氨基酸的识别性能。实验发现,探针TM1和TM2均是可以对半胱氨酸实现专一性识别的荧光增强型双光子荧光探针。其中SPF-TM1对半胱氨酸的检测极限低至36n M,是目前已知的众多氨基酸类探针中检测极限最低之一,且螺芴本身的大空间位阻为TM1对Cys的专一性识别创造了特有的条件。而SPF-TM2则表现出了极好的PH稳定性,为在不同酸碱性的生物体环境中进行氨基酸检测及荧光成像创造了稳定条件,识别过程更是从机理层面就直接杜绝了其他氨基酸的干扰,从而对Cys表现出了高效的专一性识别。第三部分:发现了SPF-TM5作为螺二芴类荧光探针的其他潜在性能。经研究发现,SPF-TM5有很好的AIE性能及ESIPT效应,并表现出对铜离子很好的识别作用。在此基础上又进一步研究了它在连续性检测方面的性能,实现了探针SPF-TM5连续性检测Cu²⁺和S^2-,这也是目前为止第一个实现连续性检测的螺芴类双光子荧光探针。并且该探针响应迅速,所有检测效果都可以通过裸眼直接观测,表现出了较高灵敏度和高效性。