中文摘要：

本项目将双光子激发应用到重金属离子荧光探针分子的设计上，利用双光子激发荧光的长波激发短波发射等特点，解决现有荧光探针存在的激发光样品穿透力差、生物分子自发荧光干扰大、组织细胞光损伤严重的问题。以喹啉及其衍生物为基础，设计具有D-A和D-π-A结构的比率计量型双光子荧光探针，探针分子对重金属离子的识别位点是分子内电荷转移（ICT）的电荷受体，与金属离子结合后，ICT过程增强，发射谱图红移，双子吸收截面及荧光强度提高，从而达到高灵敏度检测的目标。利用"Click"等高效反应，实现供电基团和受电基团的快速组合连接，迅速建立多样化探针分子库。研究不同组合连接方式对探针分子结构-功能关系的影响，根据这些构效关系并结合生物兼容性的要求进一步优化目标分子。以活细胞为研究对象，筛选出具有生物应用前景的重金属离子双光子荧光探针分子，为环境、生命科学研究提供高效的实时原位检测工具。

结论摘要：

双光子荧光探针由于具有深度生物组织穿透能力(>500 μM)、精确灵敏分子原位成像等优点，更适合在生物活体观测，现已发展成为化学生物学的重要研究手段。本项目将双光子激发应用到具有生物研究意义的重金属离子及氨基酸的荧光探针设计中，并探讨其在生物成像等方面的应用。主要工作如下 1.利用高效的C-C偶联反应，发展了一系列基于喹啉6号位修饰的双光子荧光基团。该双光子荧光基团具有生物兼容性好，双光子吸收界面大，易于修饰等优点，为双光子荧光探针研究提供了一个有效的平台分子。 2.基于新开发的荧光分子发展了一系列重金属离子（Cd2+，Zn2+等）双光子荧光探针分子，并实现了对这些金属离子的双光子共聚焦显微成像。为相关领域的生物研究提供了研究工具。 3.通过设计新颖的离子识别机制以及识别基团的改进修饰，成功实现对Cd2+和Zn2+ 以及 Cr3+/Fe3+的荧光区分，开发了这些重金属离子的高选择性双光子荧光探针。 4.将本研究发展的双光子荧光基团成功应用于氨基酸分子的双光子荧光探针设计，并实现了对Cys/Hcy的双光子荧光检测。