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第一章：简要论述了荧光产生的原理及影响物质荧光强弱的因素,并对荧光分子探针的构建机理及分类做了简要概述。在此基础上,就Ca2+荧光探针的研究进展做了简要说明。由于现在报道的Ca2+荧光探针大多数是强度型的Ca2+荧光探针,不能消除由于仪器或者人为因素引入的误差。相对强度型Ca2+探针,比率型Ca2+探针报道的很少,而且大多属于激发比率型Ca2+荧光探针,该类型荧光探针需要荧光光谱仪能同时设定两个激发波长,但是一般的荧光光谱仪不具备这样的特点,而比率发射型Ca2+荧光探针现在报道的只有Indo-1和Indo-5F,这两个探针不仅都需要紫外光的激发,而且其与Ca2+结合的解离常数很小(0.23和0.46μmol/L),小的解离常数意味着该探针在测定激发态细胞内Ca2+时易于饱和而给出错误信息。因此发展毒性小、具有大的Stokesshift和大的Kd的成比率发射的Ca2+荧光探针具有非常重要的意义。基于这样的原因,提出了本课题的立题背景及所要研究解决的问题。第二章：采用1,2-bis(2- aminophenoxy) ethane-N,N,N’,N’-tetraacetic acid (BAPTA)作为Ca2+识别基团,以2-(4’-ethoxyphenyl)-5-(4’-methylphenyl)-1,3,4-oxadiazole作为荧光团,设计合成了基于ICT机理的水溶性Ca2+探针OB,并进一步通过1H NMR和13C NMR,质谱和元素分析等手段进行了结构表征。第三章：采用1,2-bis(2-aminophenoxy) ethane-N,N,N’,N’-tetraacetic acid (BAPTA)作为Ca2+识别基团,以两个2-(4’-ethoxyphenyl)-5-(4’-methylphenyl)-1,3,4-oxadiazole作为荧光团,设计合成了基于ICT机理的水溶性Ca2+探针OBO,并进一步通过1H NMR和13C NMR,质谱和元素分析等手段进行了结构表征。第四章：将合成的探针OB及OBO结合荧光光谱技术,系统研究了其与Ca2+的相互作用情况。探针OB与Ca2+结合表现为F490/F582成比率发射；探针OBO则表现为F490/F594成比率发射,即这两个探针均是成比率发射的Ca2+探针,对Ca2+有很高的灵敏度和很好的选择性,在细胞环境或模拟细胞环境下,其它二价金属离子的存在对成比率发射测定Ca2+不构成任何干扰。这两个探针最佳应用的pH是7.0-7.5,正好符合在人体生理环境下测定Ca2+的条件。它们与Ca2+的化学计量比为1：1。解离常数Kd显示：探针OB为0.56±0.08μmol/L,OBO为2.25±0.47μmol/L,即探针OB与Ca2+的结合能力较探针OBO强,探针OB属于高亲合性Ca2+探针,而探针OBO属于低亲合性Ca2+探针,而且它们的Kd均远大于Indo-1和Indo-5F的Kd。更为重要的是这两个探针都可以孵育进入HUVEC(人脐静脉内皮细胞),检测活细胞内静息态和激发态下Ca2+变化情况,并用于共聚焦荧光成像。第五章：由于Cd2+离子半径(0.96 A)与Ca2+离子半径(1.12A)相近,因此很有必要考察Cd2+和探针OB及OBO的作用。实验结果显示Cd2+与OB和OBO的作用完全不同于与Ca2+的作用。探针OB与Cd2+的作用呈现成比率(F530/F670)发射的特点；而探针OBO对Cd2+仅表现为荧光强度显著增强,并伴随着小的发射光谱蓝移,这些光谱特性通过量化计算得到了很好的解释。其它二价金属离子的存在,包括Ca2+的存在,都不会对这两个探针测定Cd2+构成干扰。这两个探针与Cd2+的最佳工作条件是pH 7.0,与Cd2+的化学计量比为1：1。OB和OBO与Cd2+的Kd分别为0.59士0.009μmol/L和0.116±0.027μmol/L.最后分别将探针OB用于实际样品中Cd2+的测定和OBO用于细胞内Cd2+的共聚焦荧光成像,实验结果令人满意。第六章：总结与展望。根据目前荧光探针技术存在的问题,提出了一些改进的建议,并对未来的研究予以展望。