双光子荧光显微镜是生物活体组织成像的一个极其重要的工具,愈来愈受到人们的重视。设计和合成双光子吸收截面大和上转换荧光强的有机分子能大大促进双光子荧光显微成像在生物系统中的应用,其应用包括:单分子检测、免疫测定、DNA片断测定、化学和生物传感器、生物微芯片、毛细管分离检测等。双光子荧光分子能避免由单光子荧光分子产生的诸如荧光漂白、光致毒和生物自发荧光干扰等缺陷,并且兼具定靶激发、高横向分辨率与纵向分辨率、降低荧光损耗等优点。双光子成像显示了无与伦比的优越性,为探索生命体中各种客体的作用机制提供了强有力的工具,促进生命科学与医药科学的研究与发展。合成了一系列A-A-A和D-A-D结构的2,5-二氰基-1,4-二苯乙烯基苯类双光子荧光染料,就端位取代基对染料双光子吸收截面及其溶解性的影响进行了详细研究,端位氨基能显著提高染料的双光子吸收截面、溶解性能和荧光量子产率,并能较大地红移染料的荧光发射波长。首次将两个氰基引入到D-π-A结构的二苯乙烯类的受体端,一是扩展π共轭电子体系,提高双光子吸收截面及荧光量子产率;二是增加受体端的拉电子能力,以提高激发态偶极矩,即激发态分子内的电荷转移程度,增大分子的倍频效应,显著地提高双光子吸收性能;三是降低分子的对称性,有助于生成非中心对称的空间群,保证激发态较大的偶极矩。同时在分子的另一端引入氨基,通过氨基与氰基的协同作用,实现分子的强双光子吸收。一是扩展π共轭电子体系,提高双光子吸收截面及荧光量子产率;二是增加受体端的拉电子能力,以提高激发态偶极矩,即激发态分子内的电荷转移程度,增大分子的倍频效应,显著地提高双光子吸收性能;设计合成了一系列D-π-A和A-π-A结构的双氰基二苯乙烯类双光子荧光染料,研究了端位取代基对双光子吸收截面及光物理性质的影响,端位氨基能显著提高染料的双光子吸收截面和荧光量子产率,并能较大地红移荧光发射波长,双氰基二苯乙烯类染料显示了很大的双光子吸收截面。合成了一系列D-A-D和D-π-A结构的双光子金属阳离子探针,对它们的离子识别选择性,紫外-可见滴定、单光子荧光滴定、双光子荧光滴定及双光子吸收截面进行了研究,可以借助这些双光子荧光探针对某些金属阳离子进行双光子荧光检测。设计合成了一系列D-π-A结构的双氰基二苯乙烯类溶剂生色探针,系统地考察了它们对各种溶剂、对温度及对粘度的单-双光子荧光光谱的变化,它们的发射最大波数与溶剂参数显示了极佳的线性相关性,它们的双光子吸收截面随溶剂极性的不同而发生显著的变化,一般是双光子吸收截面随溶剂极性增大而减小。