在生物相关的研究中,荧光成像由于其无创、实施可视化追踪生命系统中的生物分子和生理过程的优点而得到重视。不仅如此,荧光成像由于其高灵敏度,简单的操作和良好的特异性而发展得越来越快。现今,生物荧光成像已经被用于很多领域的检测研究,例如生物小分子、粘度、环境中的各种离子等等。香豆素荧光染料具有良好的双光子特性和大的斯托克斯位移,因此它们基于香豆素及其衍生物的推拉式电子体系可以设计出很多具有广泛应用的新型荧光探针。本文通过对香豆素平台进行修饰,设计、合成出了一系列香豆素类的双光子荧光探针,用于各种小分子的检测。在第二章,主要介绍了以香豆素为荧光平台,以丙烯酰氯为Cys的识别位点,设计合成新型的Cys双光子荧光探针Co-Cys。与其他活性硫类物质如GSH,Hcy,SO₂等相比,该探针对Cys具有高选择性和极快响应速度。由于丙烯酸甲酯基和香豆素结构的强吸电子能力,探针Co-Cys本身的分子荧光很弱。当探针与Cys分子相互作用时,探针Co-Cys被还原为7-二乙氨基-3-羟基香豆素。由于羟基的给电子能力和香豆素结构的吸电子能力形成了推拉电子体系,ICT效应增强,导致荧光强度显着增加。以荧光增强方式实现对Cys的识别。在生物成像实验中,探针能够在单双光子的模式下进行HeLa细胞、组织、斑马鱼内的Cys检测。在第三章,主要介绍以香豆素衍生物为荧光平台,以醛基为肼（N₂H₄）识别位点,设计合成的新型的N₂H₄双光子荧光探针Hy-N₂H₄。N₂H₄是化工、医药工业中常见的环境污染物。根据调查,N₂H₄不仅是一种环境污染物,而且是一种有害物质。因此,对N₂H₄进行检测是一项紧迫的任务。本章设计并合成了一种探针Hy-N₂H₄,可用于检测水和活细胞中N₂H₄的含量。Hy-N₂H₄与N₂H₄的选择性加成/环合反应可以高效地淬灭荧光。探针具有较高的选择性和灵敏度,在室温下与N₂H₄在水溶液中反应只需要5分钟。此外,探针的荧光在加入N₂H₄后产生约34倍的减弱。检测限可达0.33μM。此外,Hy-N₂H₄可用于检测活体细胞和组织中N₂H₄。在第四章中,设计并合成了3-硝基-7-二乙胺香豆素作为硝基还原酶荧光探针CoNO₂-HY。本章所述的硝基还原酶的双光子荧光探针在硝基还原酶存在下发出强荧光。这种现象表明探针对硝基还原酶有反应,为生物成像的应用奠定了坚实的理论基础。在细胞和组织的生物成像实验证明,探针可以有效应用于检测内源性硝基还原酶,组织穿透深度可达90μm。不仅如此,探针具有的双光子性质也可以为进一步研究硝基还原酶的生理学、病理学功能提供帮助。