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随着荧光识别及检测技术的不断发展，对于一些重要的金属阳离子和阴离子的荧光识别及生物荧光成像研究受到越来越多的关注。与原子吸收光谱、气相色谱等用于各种离子定量分析的传统分析方法相比，荧光检测技术因具有简单性和灵敏性的特点，被认为是最方便的检测方法之一。因此，在过去的二十年里，在超分子化学和生物化学领域，通过荧光传感器来检测客体目标成为一个研究热点。 在众多的金属离子探针研究中，由于Hg2+离子具有高度的化学反应活性，能与蛋白质、核酸等生物分子发生缔合作用，破坏细胞分裂和干扰神经传导等原因，Hg2+离子荧光探针一直是该领域的研究热点之一。而在阴离子荧光探针研究方面，科学家已经把目光转移到具有重要生物学意义的阴离子和生物小分子荧光识别研究上，如对具有“细胞能量黄金”之称的三磷酸腺苷(ATP)及由ATP供给细胞能量过程释放的PO43-离子的荧光检测。 本文基于两种经典的荧光团（芘和1，8-萘酰亚胺）设计合成了两种新型荧光探针，分别针对Hg2+离子和PO43-离子进行了荧光识别研究;同时，本文还对两种荧光探针的生物荧光成像特性进行了有意义的探索和尝试: 1.本文基于单体-激基缔合物交换荧光探针机理，以硫脲为接受基团，苄基联苯为连接基团，芘为荧光团设计合成了1种新型的Hg2+离子荧光探针。由于空间位阻的存在，探针分子的两个芘荧光团处于反式位置并完全分开，表现出单体(monomer)荧光发射;当加入Hg2+离子后，两个硫脲基团与1个Hg2+离子结合，拉近了两个芘荧光团的距离，探针分子表现出激基缔合物的荧光发射。理论计算研究表明，两个芘荧光团与Hg2+离子形成了类似三明治的结合模式。当加入Hg2+离子时，探针分子在490 nm处的荧光发射强度增强了22倍。该探针性质稳定，被成功应用于中国仓鼠卵巢(CHO)和人肺上皮(BEAS-2B)活体细胞荧光成像及线虫和斑马鱼活体生物荧光成像研究中。研究显示，该探针可以追踪线虫和斑马鱼活体生物体内Hg2+离子的富集和分布情况，Hg2+离子主要富集和分布在线虫的神经系统、消化系统和生殖系统以及斑马鱼的眼睛、脑、鱼鳔、肠管和鱼鳍等器官中。 2.本文基于反应型荧光探针机理，以1，8-萘酰亚胺为荧光团，甲氧基草酸酰基为反应基团，设计合成了1种全新的PO43-离子荧光探针。研究表明，本文设计引入的甲氧基草酸酰基基团不仅改变了萘酰亚胺荧光团的推拉电子性质，导致探针分子在识别客体离子前后表现出溶液颜色比色变化和荧光比率变化，而且该基团还具有对PO43-的特殊反应响应性质，可以排除其它干扰客体，包括:F-，Cl-，Br-，I-，OH-,CH3COO-,SCN-,NO2-,NO3-,CO32-，HCO3-,SO32-，HSO3-，SO42-，HSO4-,S2O82-,P2O74-，ATP，ADP，AMP，GTP，GDP和GMP的干扰，达到专一识别PO43-的目的。该探针分子被成功应用于中国仓鼠卵巢(CHO)活体细胞荧光成像检测PO43-及应用于秀丽线虫荧光成像检测酶促ATP断键产生的PO43-研究中。