背景:光学分子探针是具有分子尺寸的,与待测物特异性结合后产生电子、电荷或能量的转移等光物理过程,从而实现对生物和环境中待测物的标记或荧光显微分析的光学分析器件。光学分子探针的出现,给分析化学领域的分子识别研究提供了新的应用途径。因其在环境、医药、卫生等方面的重要用途,故成为当前国际前沿性研究热点话题之一。半花菁染料凭借着独特的共轭骨架、可设计的结构、可调节的吸收和发射波长等优势,其作为母体而制成的光学分子探针在环境监测和医药卫生方面得到了广泛的应用。臭氧（O3）作为活性氧中的典型物质,对人类来说,是一把双刃剑。水相及细胞内的酸度（p H）值变化,不仅预示着酸碱平衡的改变,同时也与各种疾病的发生发展存在着联系。作为维持生命活动的三大营养物质之一,糖类在人体担任着重要的角色。因而设计合成出用以检测O3分子、水相及细胞内p H值和单糖类化合物的光学分子探针具有重要意义。目的:设计合成出具有灵敏度与特异性高的可视化O3分子、水相及细胞内p H值和单糖类化合物的光学分子探针,为环境及生物介质中O3、p H值及单糖类化合物的测定提供快速、便捷的检测方法。方法:1设计合成出可用于检测O3的光学分子探针半花菁染料-缩烯丁基（Hemi-cyanine-butyltriene,HCB）、可用于检测水相及细胞介质中p H值的光学分子探针对羟基半花菁染料1（Hemi-cyanine 1,HC1）/对羟基半花菁染料2（Hemi-cyanine 2,HC2）及可用于检测单糖类化合物的光学分子探针半花菁染料-对苯硼酸（Hemi-cyanine-Phenylboric acid,HPBA）。采用核磁共振氢谱、核磁共振碳谱和高分辨质谱对此四种探针结构进行表征。2采用紫外-可见吸收光谱与荧光光谱分别考察HCB、HC1/HC2以及HPBA与O3分子、p H值以及单糖类化合物结合前后的光谱变化,以及各探针分子识别相应目标物种的最佳结合条件、选择性和竞争性等光学性能。同时,根据光谱的变化,结合质谱和核磁表征,推测各光学分子探针识别目标物种的响应机理。3根据HCB、HC1/HC2和HPBA分别与O3分子、p H值和单糖类化合物作用时颜色的变化,将探针分子用于各目标物种的“裸眼”检测;根据HCB、HC1/HC2和HPBA与细胞介质中相应目标物种结合前后荧光强度的变化,采用荧光共聚焦成像技术考察探针分子在细胞介质中与各目标物种识别中的应用。结果:核磁共振氢谱、核磁共振碳谱和质谱表征的结果显示,探针分子HCB、HC1/HC2和HPBA均已成功制备;且可用于相应目标物种的灵敏检测。1光谱检测的结果显示,HCB对O3的识别显示出高度的特异性,且在0-8.20×10-5 mol/L这一较宽的范围内显示了良好的线性关系,最低检测限达2.15×10-7 mol/L。同时,根据识别过程中光谱及荧光强度的变化实现环境及细胞介质中O3分子的可视化检测。2对羟基半花菁染料HC1和HC2的溶液颜色均随溶液酸度的改变呈现规律性的变化,由此可实现环境水样和细胞介质中酸度的指示。3探针分子HPBA对单糖类化合物呈现出良好的光谱响应,对D-果糖、D-山梨醇、D-半乳糖和D-葡萄糖的最低检出限分别达0.70×10-3mol/L;2.50×10-3mol/L;2.20×10-3mol/L和2.80×10-3mol/L。方法实现对水果样品中单糖类化合物的检测,为水果样品中单糖类化合物含量的评估提供了一种新的思路。结论本论文设计合成出HCB、HC1和HC2以及HPBA四种光学分子探针。核磁共振氢谱、核磁共振碳谱和质谱表征的结果显示四种光学分子探针均已成功制备;光谱响应的结果显示四种光学分子探针均可对目标物种呈现灵敏的响应,将其应用于环境及生物个体中相应目标物种的检测,与传统检测方法比较,呈现出良好的检测结果。