金属离子荧光化学传感器能够实现对特定金属离子的快速检测,且具有高选择性、高灵敏度、方便快捷等优点。在环境科学以及生命科学中,设计合成高选择性、高灵敏度的金属离子荧光化学传感分子的工作己成为研究热点之一。目前,在生物医学研究中双光子显微镜(TPM)已发展成为一个被广泛使用的工具,双光子传感器相对于单光子荧光传感器而言具有更低的光毒性,更好的空间定位,并有效的增加了对组织的穿透能力,降低细胞的自体荧光。本论文在查阅了大量文献工作的基础上,设计合成了一系列基于喹啉的金属离子荧光化学传感分子,并研究其光学性质和识别机理,同时还开展了传感器的生物显影工作,并取得了一些有意义的结果。主要研究内容如下：一、利用ICT机理,我们对喹啉进行了特定修饰,通过在6号位上引入大的共轭体系,并引入甲氧基这一供电子基团,实现了ICT过程。同时,大的共轭体系使得分子具有良好的双光子吸收能力。二、通过在修饰后喹啉二号位引入不同的受体,主要包括Di-2-picolylamine (DPA)、DPA衍生物以及Schiff碱,分别实现了对Zn2+以及Cd2+离子的选择性识别。并且得到了部分配合物的晶体结构,同时研究了传感器的光学性质,以及其于结构的关系。结果显示,更好的共平面性,可以带来更好的光学性质。三、利用FRET荧光原理,设计合成了罗丹与喹啉双发色团的荧光传感器RQ6。荧光光谱表明,该配体能很好的实现对Fe3+离子的检测。生物成像显示,RQ6可使用800nm双光子荧光做为激发光源,从而弥补了罗丹明体系Stock’s位移过小的劣势,极大的增加了检测灵敏度。四、对传感器的pH响应,细胞毒性进行了测试,以证明传感器具有很好的生物适应性。同时,我们对合成的三个传感器分子的生物显影进行了研究,一系列的结果揭示,新合成的传感器具有很好的生物成像能力,并分别有效的完成了对细胞内不同离子的测试。