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由于荧光传感具有方便、快捷、灵敏度高、选择性好，并且能实时在线和高空分辨的检测生物分子等优点，而引起人们的广泛关注。近年来，随着荧光仪器和荧光成像技术的不断发展，荧光探针已经在生物技术、环境科学、材料科学和生物医学等领域发挥着重要的作用，荧光探针的研究也因此而不断深入。最近，双光子染料以及双光子荧光探针的设计和开发也成了科学家们的一个研究的热点。双光子显微镜成像技术为在活细胞和组织中研究生物分子的提供了可行的方法。由于双光子吸收具有在活组织中进行三维成像、对生物样品的光损伤小、穿透力强、背景荧光干扰小等优点，因此，双光子荧光探针在生物成像方面具有独特的优势。而探索具有优良的光物理化学性质具有大的双光子吸收截面积的荧光探针是目前开发荧光探针所面临的巨大挑战。本文第二章基于菲并咪唑-吲哚优良的光化学性质和N-H键与氟离子形成氢键的作用机理，我们设计并合成了荧光探针1来检测氟离子。光谱实验表明探针1对氟离子具有响应快，选择性好，并且能用肉眼进行识别。本文第三章基于香豆素较高的荧光量子产率，较大的斯托克斯位移，稳定的光物理化学性质，并且光化学性质可调等优点设计了一个荧光增强型的硫化氢探针CC-H2S，利用硫化氢与探针分子中的氯原子的亲核取代反应，使荧光增强，从而实现了对硫化氢的检测。探针CC-H2S与硫化氢响应的光谱实验研究表明探针CC-H2S有望用在生物体系的研究与分析。本文第四章利用双光子吸收的激发光的波长在近红外区域（600~900nm），具有光损伤、光毒性小，穿透力强，散射小，背景荧光干扰小等优点，以及硫化氢硫解二硝基苯基醚的机理，我们设计并合成了一个双光子荧光增强型的探针GCTPOC-H2S，该探针对硫化氢荧光响应增强的倍数比之前所报道的双光子硫化氢探针响应倍数高（120倍）。荧光成像实验证明了该双光子荧光探针GCTPOC-H2S能在活细胞、组织内对硫化氢进行双光子成像。