有氧生命体需要有机体保持严格可控的内部氧化还原状态。动态的氧化还原平衡与生理和病理过程有着密切的关系。若解决实时监测生物体内的氧化还原平衡的生物检测技术问题,将会对生态平衡、生理和病理研究都有着重要的科学意义。在多种生物检测技术手段之中,合成有机小分子探针已为高时空分辨率检测活体系内的生理活性物种提供了一种最强大的生物化学工具。针对.上述问题,本文首次报道了了一系列新型可逆有机小分子荧光探针,特异性地研究口标生理活性物种。本文可视化研究了水溶液和细胞内的氧化还原循环对：过氧化亚硝酰/谷胱甘肽、次溴酸/抗坏血酸、双氧水/谷胱甘肽和气体信号分子硫化氧的抗氧化应激功能。本文探索了分子探针选择性地结合在特定细胞器内的问题,实现了在分子、细胞和活体三个层次上对具有生理氧化还原活性的物种的原位、实时、动态荧光成像分析。过氧化亚硝酰(ONOO-)和谷胱甘肽(GSH)之间的氧化还原平衡与一些生理和病理过程有着密切的关系。我们报道了两种近红外荧光探针用于监测的ONOO-/GSH水平在细胞和体内的变化情况。该探针集成了硒/碲酶模拟物作为受体能可逆地响应ONOO-/GSH水平的变化。该探针被成功地应用到细胞和动物体内的ONOO爆发和抗氧化剂GSH修复间期的氧化还原循环变化的可视化检测。次溴酸(HBrO)被认为是中性粒细胞主机防御系统的重要组成部分。但是过度产生或者在错误的地方生成可导致宿主的组织损伤,进而引发许多的疾病,包括关节炎癌症、哮喘等疾病。本工作两种新型可逆次溴酸荧光探针的合成,光谱性质及其生物应用。我们将这两种探针用于模拟生理条件下水溶液中次溴酸的检测和活细胞内次溴酸的荧光成像。这种可逆荧光探针能在生理条件下监测次溴酸氧化和抗坏血酸还原事件。双氧水(H2O2)可作为细胞正常生长和增殖的第二信使。如果超过生理致毒水平的阈值,就会导致因H2O2和抗氧化防御系统之间的不平衡而引起的氧化应激。本工作描述了一个具有“开-关-开”特征的荧光探针的设计、合成、光谱性质及其生物应用。这个探针可以简单直接地监测活细胞和组织内H2O2的氧化应激和硫醇还原修复的过程。硫化氢(H2S),这个具有令人厌恶气味的气体,被确定为第三个具有生物活性的气体,参与调节血管张力,心肌收缩,神经传导,胰岛素分泌等生理过程。本工作报道了一种能选择性响应细胞内硫化氢的比色和比率荧光探针Cy-N3。此探针可以很容易地用于评估细胞内硫化氢水平,实现了对细胞内硫化氢的激光共聚焦比率成像。