荧光探针主要是通过其颜色或者荧光变化来实现对特定目标的定性或定量分析，其具有高灵敏度、高选择性、反应时间短和操作快捷等一系列优点，在环境污染源的检测，生命科学等领域有着越来越重要的应用。与单光子荧光探针相比，双光子荧光探针通过在近红外波段内激发(约700～1100nm)两个光子，可以克服单光子荧光技术存在的例如激发波长短(约350～550nm)，光漂白，光损伤和细胞自荧光等问题，引起越来越多的科研人员的兴趣，成为当今的热门课题和前沿研究领域。　　线粒体是细胞内RSS(活性硫物种)和ROS(活性氧物种)的主要来源，因此在活性硫生物学，活性氧生物学中有着重要的作用。线粒体内的二氧化硫被认为可以显著减少心肌损伤和异丙基肾上腺素诱导的线粒体肿胀和变形。并且大脑中的线粒体在暴露在二氧化硫的环境下生物合成增加。因此，监控线粒体中的二氧化硫衍生物是非常有意义和有价值的。另一方面，次氯酸根离子(ClO-)，作为活性氧物种(ROS)的一种，是一种强大的抗菌剂，在免疫系统中起着重要的作用。研究表明次氯酸根水平异常会引起多种疾病，例如帕金森症，阿尔兹海默症，多发性硬化症和癌症。因此，开发一种有效的监测线粒体中次氯酸根的方法同样具有研究意义。　　通过对大量文献的阅读和调研，本文设计并合成了两类咔唑基线粒体靶向双光子荧光探针，通过核磁共振氢谱、碳谱和质谱等一系列方法的对所得化合物进行结构表征，所得化合物的结构与预期一致。我们进一步研究了它们的光学性质，识别性能和生物细胞中进行线粒体靶向成像的性能，取得了一系列有意义的结果。　　一、简单介绍了双光子荧光显微技术，并对线粒体靶向的荧光探针做了简单介绍。　　二、设计并合成了两个基于咔唑母体的用于检测二氧化硫衍生物的双光子荧光探针PCB和MPCB，通过向咔唑母体框架上引入乙烯基吡啶/吡啶盐和甲基苯并噻唑单元来合成探针，并通过迈克尔加成机理实现对二氧化硫衍生物的识别。供电子咔唑作为给体，吸电子的吡啶/吡啶盐作为受体的D-π-A结构赋予探针优良的双光子性能。探针具有对二氧化硫衍生物的选择高，响应速度快，检测限低以及斯托克斯位移大等特点。与预期的一致，由于甲基吡啶盐基团的引入，探针MPCB与PCB相比，具有红移的光谱特性，更好的水溶性和更大的双光子有效截面。更重要的是，通过应用甲基吡啶盐基团作为线粒体靶向官能团来实现亚细胞靶向，MPCB可成功用于活体的HeLa细胞中的二氧化硫衍生物线粒体靶向的双光子成像。　　三、设计并合成了一个基于二氨基马来腈（2，3-二氨基-2-丁烯二腈）的席夫碱衍生物(HCCN)，作为线粒体靶向双光子荧光探针用于检测次氯酸根(ClO-)。该探针利用ClO-引发的去二氨基马来腈反应以生成相应的醛衍生物，反应速度快，选择性高以及斯托克斯位移大。我们发现在乙腈/水和其他混合溶剂系统中，HCCN可以高度选择性的检测ClO-，而不受其他金属离子干扰（尤其是Cu2+）。HCCN在ClO-的氧化作用下生成相应的醛衍生物（化合物4），对ClO-有显著的荧光增强响应，由紫外吸收光谱、荧光光谱、核磁氢谱滴定和MALDI-TOF质谱充分证明。同时，我们通过DFT/TDDFT计算明确的阐述了HCCN与ClO-反应后的荧光增强现象，计算结果同时可以解释HCCN在ClO-检测中不受其他金属离子（尤其是Cu2+)干扰的高度选择性。此外，探针结构中的甲基吡啶盐基团实现了HCCN的线粒体靶向。HCCN由于大的双光子有效截面和良好的生物相容性，可成功用于活体的HeLa细胞中次氯酸根的线粒体靶向双光子成像。