自从Sousa首次提出“荧光探针”的概念后,荧光探针的设计合成及应用,就一直倍受大家的广泛关注,主要是因为它具有灵敏度高、选择性强、操作方便等特点。随着探索研究的不断深入,发现荧光探针可以应用到各个领域,尤其是在生物环境检测方面,如离子检测、生物成像及生物组织分析等,更加大了人们浓厚的研究兴趣。近几年,随着C=N异构化及聚集诱导发光（Aggregation-Induced Emission,AIE）的提出（四苯乙烯是典型的AIE分子）,含有C=N及四苯乙烯（TPE）结构的荧光化合物,因其独特的性能而被生物化学和材料化学领域工作者所青睐。本文主要围绕C=N及四苯乙烯结构,设计合成了一系列荧光探针,并对它们的性能进行了研究。全文共分为五部分,具体内容如下:1.概述了荧光探针的基本概念、原理及设计策略,并从荧光探针的类型分别介绍了相应的特点和发展现状,同时对荧光探针的具体应用也做了进一步阐述。2.设计合成了一系列含有C=N结构的荧光化合物L1-L4,研究了它们与Zn²⁺的结合能力,探索了化合物L1-L4与Zn²⁺所形成的配合物在阴离子焦磷酸根（PPi）识别检测方面的性能。实验结果表明,化合物L1-L4对Zn²⁺都具有较强的结合能力,L_X-Zn²⁺（X=1–2）对PPi有良好的选择性和较高的灵敏度。同时我们通过DFT理论计算研究了L1-L4的HOMO-LUMO轨道的能量差及理论吸收与发射,从理论上分析了L1-L4的结构和光学性能的关系,并在生物应用研究方面,确定L1-L4可用于人体肺癌细胞（A549）中Zn²⁺和PPi的成像实验,而浊度试验和ThT荧光测试发现化合物L1-L4可以抑制金属离子Zn²⁺、Cu²⁺诱导的Aβ42的聚集。另外,H₂O₂诱导的细胞内抗氧化性实验显示出化合物L1和L3具有较好的细胞内抗氧化性。3.设计合成了两种基于四苯乙烯的Ca²⁺荧光探针L5和L6,该系列探针对Ca²⁺的检测在接近100%的水溶液中进行且具有聚集诱导荧光增强（AIE）的特点。到目前为止,基于AIE效应的Ca²⁺荧光探针的报道很有限。通过对金属离子识别研究,发现化合物L5对Ca²⁺具有强的荧光响应,并进一步确定了其与Ca²⁺的结合模式、结合常数和检测限等参数,表明L5是一种新型的Ca²⁺荧光探针,并且探针L5成功应用于细胞内Ca²⁺的荧光成像检测。4.设计合成了六种基于邻香草醛C=N结构的Al³⁺荧光探针L7-L12,其中探针L7-L10通过改变连接子的大小,研究其对Al³⁺的荧光响应,发现探针L8对Al³⁺的检测性能最好,其检测限最低。该系列探针合成简单,灵敏度高,在中性pH条件下,可以用于自来水中Al³⁺的检测。探针L11,L12通过改变取代基,发现L11可以高选择性、高灵敏性检测Al³⁺,且成功应用于细胞内Al³⁺的荧光成像研究。除此之外,基于L7-L10对金属离子很好的配位性能,合成了四种Cu（II）的叠氮配合物,并通过X-射线晶体学对其结构进行了研究。5.总结全文,并对今后的工作进行展望。