部分重金属离子以及含硫的小分子对于维持人体正常的生理功能发挥至关重要的作用,而当它们在体内代谢失衡时则会引起机体的功能紊乱。它们在制造业、农业、医疗等领域的大量使用也造成了环境中的重金属以及硫污染,这些污染物难以被降解,会随着食物链聚集在生物体内,威胁到生物体的生命健康。因此,亟需建立这些人体重要小分子的高效检测方法。多肽荧光生物传感器具有生物相容性好、水溶性佳、灵敏度高等优点,在生物体内小分子的检测中具有良好的应用潜力。本论文旨在构建高灵敏检测Cu²⁺、S^2-和Cys的多肽荧光生物传感器,并探索其在生物成像中的应用。主要内容如下:第一章:简述了荧光化学传感器和多肽荧光生物传感器的设计原理和应用现状,重点介绍了用于重金属离子和S^2-检测的多肽荧光生物传感器。第二章:设计合成了一个基于Cu²⁺顺磁猝灭效应选择性识别Cu²⁺的多肽荧光生物传感器P1。Cu²⁺的加入,会导致多肽传感器P1的荧光猝灭;当向P1-Cu²⁺的体系中继续加入S^2-,由于CuS的生成导致多肽传感器P1的荧光恢复。该多肽荧光生物传感器P1和P1-Cu²⁺,分别可以高特异性识别溶液中的Cu²⁺和S^2-,并成功用于细胞和斑马鱼中Cu²⁺与S^2-的生物成像研究。第三章:设计合成了对Cu²⁺特异性识别的新型多肽荧光生物传感器P2,它在溶液中与Cu²⁺1:1结合,结合后的P2-Cu²⁺体系可以用来检测S^2-,通过依次加入Cu²⁺与S^2-,传感器呈现出“On-Off-On”响应。P2选择性好、检测限低、pH适用范围广,是一种极有潜力的检测Cu²⁺的生物传感器。该多肽荧光生物传感器P2和P2-Cu²⁺,可以用于细胞和斑马鱼中Cu²⁺与S^2-的原位检测。第四章:构建了以Fmoc-Lys（Fmoc）-OH为骨架的多肽荧光生物传感器P3,可以高灵敏高特异性的检测溶液中Cu²⁺和Cys,检测限分别为52 nM和43 nM。该多肽传感器细胞毒性低、渗透性好,能够检测细胞中的Cu²⁺与Cys。这是首次成功构建用于靶向识别Cys的多肽生物传感器,在Cys的生物检测中具有广泛的应用前景。