双光子吸收是一种三阶非线性光学效应，双光子荧光显微术是双光子吸收材料最有可能获得实际广泛应用的方向之一。本课题在全面调研双光子吸收材料的研究历史和现状的基础上，从增大双光子吸收截面、提高荧光量子产率以及引入可识别基团等三个方面，以分子设计与合成为中心，展开了对新型有机强双光子荧光探针的探索研究。主要内容如下： 1．具有强双光子荧光的配合物的研究： 具有双光子吸收并可以发射上转换荧光的配合物非常少见。本课题合成了两类β一二酮类配体(A和B)并研究了它们形成配合物的光物理性质：羟基查尔酮化合物(A)分子内的氢键存在会降低荧光效率。与三氟化硼形成配合物后，吸收和荧光峰位大大红移，荧光效率增大一个数量级以上。首次报道了β-二酮．铕配合物的双光子荧光性质。单双光子激发机制的不同可以使得原本单光子荧光较弱的配合物可以在双光子激发下发出稀土离子的特征光。 2．强双光子荧光的芴及茚并芴衍生物的研究 增大分子内电荷转移程度是增大化合物双光子吸收截面的有效途径，本课题选择二芳基苯胺为电子给体并着力增强共轭桥的刚性和长度，合成了两类具有较高的荧光量子产率的新化合物：二吡啶胺不但具有类似于二苯胺的给电子能力，还可以作为过渡金属离子的识别络合基团，化合物C有望成为有效的双光子荧光探针。茚并芴不但具有良好的刚性而且具有比单芴更长的电子离域范围，因而将有效的增大化合物D的双光子吸收性质。 3．强双光子荧光有机硼化合物作为氟离子传感器的研究 离子识别和双光子荧光分别是当前合成化学和非线性光学的研究热点，且都与生命科学密切相关。本项目利用三价有机硼化合物是本征的强Lewis酸，而氟离子是典型Lewis碱的特点，设计合成具有强双光子荧光的有机硼化合物，对氟离子进行高选择性高灵敏度的检测。光谱实验表明，硼化合物的单双光子吸收和荧光对氟离子的响应具有高度的灵敏度和特殊的选择性。Lewis酸碱作用和米基的空间位阻作用是硼化合物可作为氟离子传感器的根本因素。 综合两年博士后工作，本课题已经设计并合成了三类双光子荧光材料，其中强双光子荧光有机硼化合物用作氟离子探针，双光子激发β-二酮-铕配合物发光以及将茚并芴引入强双光子荧光化合物的设计都是首次报道。今后应加强与光物理学及生命科学工作者的交流合作，以阐明关于这些材料的“结构-性质”关系，并为设计新的材料提供借鉴。