生物辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）在细胞能量代谢活动中发挥着十分重要的作用。由于具有自发荧光特性,多种基于NADH的代谢指标,如NADH平均荧光寿命、光学氧化还原比和NADH游离结合比等被建立起来,并在癌症检测和细胞代谢研究等领域得到了广泛应用。研究NADH的荧光动力学对于正确理解和应用这些代谢指标有着非常重要的生物意义。尽管NADH的纳秒荧光动力学已经被广泛研究,然而现代超快荧光光谱技术却几乎从未被应用于该领域。本文首次采用飞秒荧光上转换技术结合多种稳态和时间分辨光谱测量手段对NADH的超快荧光动力学进行了研究。研究体系还包括两种NADH模型分子的超快荧光动力学以及两种脱氢酶蛋白与NADH的相互作用等,因此本文也是对NADH的超快荧光动力学第一次较为系统全面的研究,主要研究成果包括以下几点:1.本文首先对NADH在水溶液中的飞秒荧光动力学进行了研究,揭示了NADH中存在的准静态自淬灭（QSSQ）和结合水溶剂弛豫共存的现象,同时还详细讨论了QSSQ成分在当前的NADH荧光成像研究中的所带来的影响以及降低影响的措施。此外,本文还通过构建时间分辨发射光谱（TRES）和水合相关函数（）函数,发现NADH中存在自由水和结合水溶剂弛豫这两种不同的溶剂化过程,时间常数分别为1.4 ps和27 ps。2.由于NADH中QSSQ现象和结合水溶剂弛豫过程发生在相同的时间尺度,这不利于我们对QSSQ成分的深入分析。因此,本文进一步研究了NADH在弱氢键环境下的超快荧光动力学,通过降低体系中的氢键相互作用,显著抑制了结合水溶剂弛豫过程,成功实现了NADH中QSSQ成分的分离观测,同时也为QSSQ的存在提供了更加直接的实验证据。3.NADH的模型分子对其纳秒寿命起源的研究起到了极大的推动作用。本文选取了两种NADH模型分子,即1-苄基-1,4-二氢烟酰胺（BNAH）和还原型烟酰胺单核苷酸（NMNH）,对它们的飞秒荧光动力学进行了研究。通过对比分析这些模型分子与NADH自身在超快动力学上的差异,初步揭示了NADH中QSSQ现象的分子起源。4.NADH的游离结合比在多种代谢相关疾病的实时监测中得到了广泛应用。游离结合比被普遍认为代表了细胞中游离型和蛋白结合型NADH的浓度比值。本文选取了两种脱氢酶蛋白—苹果酸脱氢酶（MDH）和乳酸脱氢酶（LDH）,作为NADH的典型结合位点,对结合型NADH的超快荧光动力学进行了研究。研究表明,脱氢酶结合位点显著抑制了NADH中的QSSQ现象,这意味着通过传统FLIM技术测定的NADH游离结合比严重低估了游离型NADH的浓度,这可能会误导我们对很多能量代谢现象的正确解释。因此在实际应用中需要进行校正,同时本文也提出了相应的校正方法。综上,本文系统地研究了游离型和结合型NADH的超快荧光动力学,阐明了两者在QSSQ成分上的差异及其对代谢成像研究的影响。本论文工作可以填补NADH在飞秒时间分辨荧光研究领域的空白,同时更好地促进其在生物医学等领域的应用。