荧光分析方法对研究生物体内的代谢具有重要作用和意义。近年来,通过化学合成方法设计和构建新型具有特定功能的有机荧光分子探针,开发其在细胞和生物体内荧光成像及环境样品检测已成为荧光分析法的热门研究方向之一。基于氧杂蒽结构母体的有机荧光分子探针,因其常具有荧光量子产率高、灵敏度高、pH适用范围广和生物相容性好等特点,常用于设计特定功能的荧光分子探针。通过引入特定的基团修饰相应的氧杂蒽类染料结构母体,可以得到能够识别不同底物的荧光探针,这为研究和构筑新型功能荧光探针具有重要意义。本文以氧杂蒽结构为核心,在课题组前期研究的基础上,设计合成4类（11种）不同系列的氧杂蒽类有机荧光探针。通过质谱、核磁共振和红外光谱等技术对分子的化学结构进行表征和确定。研究了分子的光学特性和识别响应机理,并对所合成的探针进行了生物性能和环境检测等实际应用研究,发掘其潜在的应用价值。1.阐述了荧光产生的机理,荧光与有机分子结构的关系,有机分子荧光探针对底物的识别机理,以及荧光功能分子探针合成设计的主要策略,并对近几年荧光分子探针的研究进展进行了综述。2.基于荧光素为母体结构单元,通过使用不同的苯甲醛衍生物对其进行修饰,合成得到了5种不同结构的荧光分子探针A1-A5。对该类探针进行了结构表征,并研究了其光谱性能。该类探针可以特异性地检测铜离子的荧光响应性能,我们在研究其识别机理后,对其生物检测和成像性能进行了研究。3.通过用不同的含N、O芳香杂环对荧光素母体结构单元进行修饰,合成得到了4种不同结构的荧光分子探针N1-N4。通过研究其光谱性能发现,该类探针可以特异性地识别铜离子,且荧光响应性能良好。在该类探针对铜离子的识别机理研究基础上,将其应用于细胞MCF-7中的铜离子的检测和成像研究。4.基于罗丹明结构的荧光母体单元,通过一系列的化学反应合成得到了1种可以检测Cu²⁺和ATP双功能荧光探针F。通过荧光和紫外-可见光谱研究,可以发现该探针F可以选择性地识别铜离子,识别后得到的络合物(F-Cu²⁺)可以进一步特异性地识别ATP。通过光谱滴定实验和理论计算模拟,对其识别性能进行了深入的研究和剖析。对探针F在检测小鼠体内的Cu²⁺和ATP进行了研究,并将其应用于环境中的水样检测,结果表明该探针在医学生物成像及环境监测中具有较好的应用前景。5.基于荧光素和罗丹明类荧光染料的结构进行杂化而得到的Rhodol类染料结构单元,通过特定的合成路线合成了1种可用于检测H₂S的荧光探针R。通过研究发现,探针R可以特异性地选择识别H₂S,对探针进行了光学性质和理论计算模拟,研究了其识别性能。同时,研究了探针R对红酒样品和小鼠体内H₂S荧光成像效果,结果表明具有较好的应用价值。综上所述,本文以氧杂蒽类结构为核心,设计构筑了四种不同体系的荧光功能分子探针,分析了其光学性能与分子结构之间的关系,多角度探究了分子识别作用可能的机理,并对其生物性能进行了应用研究,为开发具有特定功能的荧光分子探针及其应用提供了指导和参考。