很多阴阳离子和生物分子在环境和生物领域起着非常重要的作用,设计合适的荧光化学传感器实现对这些物质的检测是当今研究的热点。由于不需要加入有机溶剂助溶,水溶性荧光传感器体系可以排除溶剂因素对检测结果的干扰,并且大大降低检测体系的生物毒性,因此具有较好的应用前景。本研究分别用中性亲水聚合物、两性离子化合物和聚电解质三种改性基团制备了水溶性荧光传感器体系,并成功实现了对一些重要的离子和生物分子的定量检测。首先,应用中性亲水聚合物聚乙二醇(PEG)制备了荧光增强型化学传感器,在纯水介质中检测氟离子。PEG赋予了检测体系良好的水溶性和生物相容性;叔丁基二苯基硅烷基团通过共价键连接到荧光素基团上,有效地淬灭了化学传感器的荧光。当探针溶液中加入氟离子时,由于氟离子特异性打断Si-O化学键使荧光素基团的分子结构得以恢复,在可见光激发下荧光强度显著增强。探针对氟离子具有很快的响应速度,并且相对其它阴离子对氟离子有很高的选择性。探针对氟离子的检测下限为19 ppb。探针体系可以准确地检测实际样品,如自来水、尿液和血清中的氟离子含量。按照美国药典和ISO10993-5的标准,此探针属于I级毒性标准。探针可以用于追踪He La和L929细胞内在的氟离子含量变化。其次,我们设计合成了水溶性、低毒、高灵敏度的硫离子荧光传感器。强吸电子基团2,4-二硝基苯磺酸酯连接到荧光素上,使荧光素的荧光淬灭,硫离子的加入可以特异性地切断2,4-二硝基苯磺酸酯键,使体系的荧光明显增强。探针可以透过细胞膜,检测和成像活细胞内的硫离子,也可以检测实际样品中硫离子的含量。再次,由于两性离子化合物甜菜碱具有水溶性好、生物毒性低等优点,我们以磺酸根甜菜碱为亲水基团合成了一种快速响应的荧光增强型硫离子探针。探针由螯合剂和铜离子两部分组成,螯合剂选用具有三脚架分子结构的三乙基四胺作为骨架,连接一分子的荧光素和两分子的磺酸根甜菜碱。由于铜离子对荧光素有很强的淬灭作用,螯合剂-Cu(II)络合物构成的探针体系表现出很低的荧光强度。同时由于硫离子与铜离子具有更高的结合常数,可以生成稳定的化合物Cu S,因此当硫离子加入探针溶液时,络合物中的铜离子会被夺出,使铜离子对荧光素的淬灭效果减弱,荧光强度明显增强。甜菜碱的引入和可以紧密络合铜离子的三脚架型螯合剂结构的选用,使探针体系表现出良好的水溶性和极低的细胞毒性,并且探针可以透过细胞膜成像活细胞内的硫离子。相对于其他阴离子,探针体系对硫离子有很高的选择性。探针对硫离子的检测下限为1.1?M,并且可以用于检测实际样品,如自来水中硫离子的含量。最后,根据阳离子聚电解质与带有负电荷的小分子化合物之间的静电相互作用原理,我们设计合成了首个检测碱性磷酸酶的荧光比率型探针体系。检测体系由两种组分构成:甜菜碱改性的聚乙烯亚胺和带有负电荷的芘衍生物(Py-P)。芘衍生物中含有可对碱性磷酸酶响应的脂肪族磷酸基团。当溶液中不存在碱性磷酸酶时,检测体系由于Py-P静电吸附并聚集在阳离子聚电解质周围,表现出激基缔合物的荧光;当溶液中加入碱性磷酸酶时,Py-P的磷酸基团由于酶解反应被脱去,破坏了静电相互作用,使体系表现出芘的单体荧光。检测体系在纯水介质中对碱性磷酸酶的检测下限为0.1 U/L。此探针体系还可以用于检测生物样品,如人血清中的碱性磷酸酶含量。这种设计探针的思路可以为设计其他生物分子的荧光比率型检测体系提供新的有效的方法。