荧光探针作为可以特异识别离子和生物小分子、大分子的荧光物质,因为其存在灵敏度高、检出限低、特异性强、操作简便等优点,广泛应用于生物学、生理学、药理学、环境科学和医学检测中。重金属钯（Palladium,Pd）被广泛用于制造电器、燃料电池、转换器等生活工业用品,同时作为重要的化学催化剂被广泛用于化学研究和药物合成。因此,开发灵敏的、特异性的钯检测方法已经成为环境和生物系统中日益紧迫的问题。本文第二章设计合成了一种分子量小、毒性的低Pd²⁺荧光探针Umb-Pd2,激发波长322 nm,发射波长380 nm。在和Pd²⁺共同孵育下,其发射波长红移至450 nm,检测限为1.1 n M,检测线性范围为0-18μM,并且在p H 5-10荧光强度保持稳定。Umb-Pd2以4-甲基伞形酮为母核,丙炔基为识别基团,基于PET反应机理,能够特异性区分Pd²⁺和Pd⁰,反应30 min后荧光强度达到饱和。同时,我们利用荧光成像技术,成功对He La细胞中Pd²⁺进行了成像研究,表明该探针具有很好的细胞渗透性。Umb-Pd2有望被进一步开发为监测钯催化反应进程、检测生物有机体钯离子浓度的重要工具。半胱氨酸（Cysteine,Cys）是一种人体必需氨基酸,其主要功能包括监测机体代谢过程和维持氧化还原的动态平衡。半胱氨酸水平异常会导致机体一系列生理性和病理性改变。因此,开发出与当代医学手段相匹配的半胱氨酸检测方法对医学研究具有重要作用。本文第三章设计合成了一种含喹喔啉衍生物的荧光探针Qui Cys,激发波长410 nm,发射波长466 nm。在和Cys共同孵育下,其发射波长红移至533 nm,定量限为100 n M,并在p H 7-11荧光强度保持稳定。Qui Cys不受其他硫族化合物（包括Hcy和GSH）的影响,能够特异灵敏地检测Cys,反应100 min后荧光强度达到饱和。Qui Cys具有低毒性、渗透性高等特点,能够定量检测外源性和内源性Cys。该工作不仅为Cys的检测提供了实用的工具,同时为同类工具的优化策略提供了可参考的信息。我们对以上两款比率型荧光探针的开发和优化,都成功应用到细胞荧光成像研究,达到实时监测Pd²⁺和Cys的目的。同时,比率型荧光探针相比普通荧光增强和淬灭的探针,具有背景干扰小的特点。在随后的工作中,我们会进一步优化Umb-Pd2和Qui Cys的结构,以期将两个探针应用到临床前检测中。