本论文设计合成了三种具有特殊功能的光、电活性分子，分别构建了单细胞原位成像体系、金属放大荧光免疫分析体系、界面功能化单颗粒碰撞电催化分析体系、表面电化学机理分析体系，应用于单个贴壁活细胞内Ag+的原位荧光成像及检测、肝癌生物标记物的临床诊断、单个邻苯二酚分子对NADH的电催化效率分析、以及辅酶NADH/NAD+在电极表面的电化学机理研究。具体内容如下:　　1.罗丹明B类银离子Ag+荧光探针Ag+-FP的合成及单个活细胞内Ag+荧光成像体系的构建　　由于Ag+对细胞功能重要影响，对活细胞内Ag+的检测已经尤为重要。本章设计合成了一种基于罗丹明B的“关-开”型Ag+荧光探针Ag+-FP，并结合自主搭建的倒置暗场荧光显微镜分析平台构建了一种新的Ag+荧光成像体系，实现了对单个贴壁活细胞内Ag+的原位成像及检测。在Ag+存在时，探针分子Ag+-FP容易与Ag+发生作用而产生一个荧光从无到有的转变，产生强的红色荧光。利用乳腺癌细胞(MCF-7)作为研究对象，通过一步探针Ag+-FP孵化，成功实现了单个活细胞内的Ag+成像，该方法对于细胞内Ag+的原位无损检测具有简便、快速的优点。　　2.基于荧光探针分子Ag+-FP构建金属放大荧光免疫检测体系　　本章针对目前荧光免疫检测中检测背景高、灵敏度低等问题，本文利用“关-开”型Ag+荧光探针Ag+-FP作为信号物质，以银纳米颗粒AgNPs进行信号放大，并结合磁珠的快速分离技术构建了一种简便、灵敏、稳定的荧光免疫分析体系。在该体系中，标记抗体标记的AgNPs Ab2@AgNPs能够一对一的与被测生物标记物AG相结合，在H2O2存在时，AgNPs可以被快速溶解而产生数百万的Ag+，并且所产生的每一个银离子都能够诱导一个荧光探针分子Ag+-FP的荧光打开，如此能够将传统荧光检测的灵敏度提高6个数量级。此外，免疫磁珠MBs被用作抗原、抗体载体，也使该体系具有反应效率高、操作简便、快速等优点。该荧光免疫检测体系对甲胎蛋白(AFP)和C-反应蛋白(CRP)的检测线性范围均为0.1到10 ng mL-1，其最低检测限可分别达到70 pg·mL-1和30pg·mL-1。采用30粒肝癌血清样品和20粒正常血清样品对该体系进行评估，并与商业的电化学放光免疫方法相比较，该体系具有很好的检测准确性。因此，本章中设计的荧光免疫检测方法可以被作为一种潜在的生物标记物检测平台，并提供了一种强有力的临床诊断工具。　　3.基于巯基邻苯二酚电活性分子CSn构建成界面功能化单颗粒碰撞电催化分析体系　　研究单分子、单纳米颗粒的分子催化反应是一挑战。本章设计合成了三种不同链长的巯基邻苯二酚衍生物，通过自组装方法将其修饰在金纳米颗粒表面，制备了对NADH具有电催化氧化活性的核-壳型纳米颗粒CS@AuNPs。进一步将功能化纳米颗粒CS@AuNPs与单颗粒碰撞微电极电流分析技术相结合，构建了一种新的单分子邻苯二酚分子对NADH的催化效率分析体系。在该体系中，当CS@AuNPs扩散到微电极表面时，会在电极、CS@AuNPs和NADH三者之间构成一个氧化还原循环体系，并产生明显放大的瞬态碰撞电流信号，通过分析加入NADH前后，瞬态电流信号的变化，最终推算出了单个邻苯二酚分子对NADH的电催化效率为5.1×103 s-1，即每秒钟一个邻苯二酚分子可催化氧化5.1×103个NADH分子。该体系对于其他分子单颗粒电催化体系的研究也具有指导意义。　　4.苄硫醚修饰辅酶NAD+电活性分子PhSNAD的合成及NADH/NAD+在电极表面的电化学机理研究　　本章设计合成了一种新的苄硫醚修饰的NAD+衍生物PhSNAD，结合ToF-SIMS技术，采用电化学法研究了NAD+在电极表面的电化学氧化还原过程。当PhSNAD被直接共价修饰在金电极表面后，成功实现了对NAD+/NADH的电化学可逆相互转换，其电化学循环伏安曲线显示一对可逆的氧化还原峰(氧化电位和还原电位分别在-0.35 V和-0.53 V vs.SCE)。TOF-SIMS表面分析分析显示，电极表面的电化学氧化产物及还原产物的特征碎片峰分别为123.05和125.07，可分别归属于NAD+和NADH的特征碎片峰烟酰胺正离子和还原型烟酰胺环的离子峰，表明NAD+/NADH在电极表面可逆相互转换的已经被成功实现。该研究工作回答了多年困扰的辅酶NAD+和NADH在电极界面机理研究方面的问题。