恶性肿瘤的生长过程中，由于缺氧所引发的上皮细胞向间质细胞的转换（EMT），正在受到越来越多的关注。然而缺乏有效地检测方法用来检测肿瘤细胞内的缺氧，从而阻碍了细胞内依赖于缺氧的EMT机制的研究。因此我们设计了一种近红外的荧光探针（Cy-NO2）通过检测硝基还原酶对缺氧的肿瘤细胞进行荧光成像。硝基还原酶的检测机制是基于选择性催化硝基还原为氨基并且以烟酰胺腺嘌呤二核苷酸为电子源。该探针对硝基还原酶的荧光增强效应有很强的选择性和敏感性，更重要的是探针能成功的显示EMT与细胞内低氧水平之间的关系。细胞内的某些蛋白对于花菁类探针的荧光成像有一定程度的影响，多孔核壳结构二氧化硅包覆的纳米荧光探针可以减小甚至消除这种影响。本文综述了检测缺氧的荧光探针的研究现状及发展趋势。对小分子荧光探针进行了生物化学体系分析以及生物荧光成像分析，并且以分子探针为基础设计合成了一种新型介孔硅-分子荧光探针。具体如下：1.本文设计了一种近红外的荧光探针（Cy-NO2）通过检测硝基还原酶对缺氧的肿瘤细胞进行荧光成像。硝基还原酶的检测缺氧的机制是基于选择性的将硝基催化还原为氨基而且以烟酰胺腺嘌呤二核苷酸作为还原过程中的电子源。该探针对硝基还原酶的荧光增强效应有很强的选择性和敏感性，更重要的是探针成功的调查了EMT与细胞内低氧水平之间的关系，本文以2-(2-硝基咪唑)乙胺当作对硝基还原酶（NTR）具有特异性的响应基团，并且以花菁为母体荧光团设计并合成了用来指示肿瘤内缺氧区域的近红外荧光探针。这个探针的发射在近红外区域，然而一般生物体的自体荧光却不在近红外区域，因此该探针在避免生物体自体荧光方面有其独特的优势。在氧气浓度比较低时，生物化学体系中的硝基基团与加入的肝微粒体和NADPH发生反应，硝基被特异性的还原为氨基；在生物体内，硝基还原酶与辅酶（NADH或NADPH)把硝基最终还原成氨基。利用硝基和氨基的吸电子效应和供电子效应对探针的荧光性质产生的差异性影响：硝基对花菁荧光团的的强烈的猝灭作用使缺氧探针发出较弱的荧光，而硝基被还原为氨基后，荧光迅速升高，从而成功的对乏氧进行了检测。在肝微粒体和NADPH体系中，肝微粒体的浓度范围是0-13μg/mL，线性方程为F=37.466+16.118[liver microsomes](μg/mL)，线性相关系数为0.9989，检测限为0.65ng/mL，说明探针可以对较低浓度的硝基还原酶进行检测。此外，在生物体内的一些还原性物质：VC、GSH、Arg、DTT等对探针没有干扰。通过缺氧和常氧条件下的细胞毒性实验可以看出缺氧探针具有良好的生物相容性和较高的水溶性、较低的细胞毒性，可以对细胞内的缺氧程度进行可视化研究。EMT实验证明该探针能够通过监控缺氧来监控细胞内某些与EMT相关蛋白的变化。2.因为硝基咪唑分子乏氧探针的抗光漂白性能较差，量子产率较低，而且在细胞内容易受到一些大分子蛋白的影响使其荧光背景较高，这样就很大程度上限制了探针的信噪比，因此我们设计了一种多孔硅包覆的乏氧探针(Cy-NO2@SiO2),具体方案是将硝基咪唑乏氧探针包覆在介孔硅的内部，使其与外面的大分子蛋白隔离，但是硝基还原酶还可以通过孔道与硝基咪唑乏氧探针进行电子传递，从而使分子探针被还原发出强的荧光。因为大分子蛋白不能对多孔硅内部的硝基咪唑乏氧探针产生影响，因而这种方案可以有效地降低探针由于干扰所产生的荧光背景，而且分子探针与纳米材料相连接限制了其结构的旋转提高了探针的抗光漂白性能，提高了其量子产率，可以很大的提高探针的信噪比。此外，该探针有较好的生物相容性，在细胞内进行荧光成像时可以有效地避免大分子蛋白对探针的干扰，很大程度上减小了探针的荧光背景，因此该探针可以有效地用于细胞内的缺氧成像，在肿瘤乏氧的检测方面有很好的应用前景。