中文摘要：

重金属离子检测的荧光探针方法具有便捷、灵敏度高、选择性专一以及可进行实时、原位检测等优点。已报道的优秀的重金属离子荧光探针的识别研究多是在有机溶剂中进行的，而在水溶液中具有识别功能的荧光探针才具有更广泛的应用价值。基于荧光探针的原理，本课题选择常见氨基酸及小肽作为金属离子的识别基团，并通过调整氨基酸的结构（如所含结合基团的种类、数目和分子刚性等）和排列来改善离子识别性能。同时，氨基酸及小肽的引入不但能够很大程度地提高荧光探针的水溶性，而且对进一步探索生物大分子与重金属离子的识别和相互作用具有重要意义。另外，利用超分子组装方法，将荧光探针引入到基底的表面（如石英片、硅片或高分子薄膜等）来获得重金属离子识别检测的"荧光试纸"，在实现重金属离子更方便、更快捷检测的同时也为生物学领域特别是细胞提供一个识别检测重金属离子的界面。再者，将荧光探针组装至纳米粒子的表面来实现荧光和纳米"双重探针"功能。

结论摘要：

重金属离子检测的荧光探针方法具有便捷、灵敏度高、选择性专一以及可进行实时、原位检测等优点。已报道的荧光探针的识别研究多是在有机溶剂中进行，而在水溶液中具有识别功能的荧光探针才更具有广泛的应用价值。基于荧光探针的原理，本课题选择常见氨基酸作为金属离子的识别基团，设计合成了多种氨基酸及其衍生物修饰的荧光探针，利用核磁、质谱等方法表征了它们的结构，并利用荧光、紫外吸收等光谱手段测试了这些探针在水溶液中对重金属离子的识别性能，再通过核磁、质谱、红外和理论模拟等手段探究了它们的识别机理。成果如下 1. 赖氨酸上修饰两个丹磺酰基团获得一种荧光探针，它在水溶液中高灵敏（检测限为2纳摩）、高选择性识别汞离子，还可以在细胞中实现对汞离子的识别。机理研究显示该探针与汞离子形成三齿螯合模式，而氯离子也参与了螯合，这在以往研究中很少见； 2. 两个芘基团与赖氨酸化合获得一种荧光探针，它不仅高灵敏、高选择性识别铅离子，还能够从水溶液（甚至是纯水溶液）中将铅离子转化为沉淀从而除去，这增加了探针的实用性能，它也是为数很少的既可以检测又可以去除铅离子的荧光试剂； 3. 一种结构简单的荧光探针能在纯水溶液中高灵敏检测氢离子，识别信号包括荧光开、关、比率型三种响应，同时它在细胞中也能对酸碱性表现识别，具有很好的应用价值； 4. 基于组氨酸获得一种同时可以检测铜离子和汞离子的荧光探针，在水和甲醇的混合溶剂中它表现荧光关和比率型两种识别信号，而溶剂的比率控制着该探针表现哪种信号； 5. 利用稀土铕的荧光性质获得一种荧光探针，它对铜离子变现出荧光关和紫外光谱位移两种响应信号； 6. 基于天冬酰胺和谷氨酰胺获得两种荧光探针，它们在纯水溶液对三价铬离子表现高选择性、高灵敏“荧光开”信号识别，在紫外吸收光谱上表现比率型信号响应，这很好地丰富了为数很少的铬离子探针的种类； 7. 基于赖氨酸及其衍生物获得两种荧光探针，它们对汞离子表现最大荧光发射峰蓝移的识别信号，可以为开发一类新型荧光探针提供基础； 8. 利用谷氨酸、色氨酸等合成多种荧光探针，它们可以在水溶液中对汞离子、铜离子或者氢离子表现选择性荧光识别。 通过以上研究成果很好地完成了本课题，在揭示探针与金属离子或氢离子作用机理的同时，揭示了影响其分子识别和相互作用的诸多因素，为进一步设计、合成新的重金属离子荧光探针奠定了良好的基础。