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近年来,有机小分子荧光探针因良好的选择性、低检测限、操作简单、能够实时检测等独特的优异性能,得到科研工作者的广泛关注。细胞内氧化还原状态的相对平衡主要是通过控制细胞内还原性物质和活性氧（ROS）物质的相对含量来实现的。生物硫醇作为最重要的还原性物质,在细胞功能的调节、新陈代谢等过程中发挥重要作用。有研究发现,生物硫醇如半胱氨酸（Cys）、同型半胱氨酸（Hcy）和谷胱甘肽（GSH）等是化学、医学和生物学研究的重要靶点之一,在蛋白质合成、细胞生长和代谢等许多生理过程中都发挥着重要作用。作为一种重要的活性氧物质,过氧化氢在生物机体活动中具有重要作用。研究表明,过氧化氢参与生理和病理调节过程,与细胞的增殖分化和信息传递迁移过程息息相关。另外,生物细胞内过氧化氢水平的异常会导致多种疾病,例如癌症。因此,生命医学等领域从细胞氧化还原状态的动态变化中可以得到大量有效的生理和病理信息。论文的第一部分,课题组开发了一种基于半花菁骨架检测半胱氨酸的近红外荧光探针（DRP-Cys）。亲电试剂丙二腈基团可以有效的改变激发/发射波长,可以避免生物样品中的光损伤或自发荧光等限制。与其他氨基酸相比,半胱氨酸可以触发迈克尔加成反应,在生理条件下DMSO的水溶液中,探针分子在约645 nm处的荧光显著增强、响应时间超快约为1分钟、最低检测限为10 nM,这显著受益于亲电试剂丙二腈部分的引入。该探针还成功地应用于活体HeLa细胞和小鼠内源性半胱氨酸的可视化,具有较低的细胞毒性和良好的细胞膜通透性。论文的第二部分,课题组以4-氯-7-硝基苯并-2-氧杂-1,3-二唑（NBD）和菲咪唑荧光染料为基础,通过简单的醚键连接,研制了应用于检测生物硫醇的双独立发射的荧光探针。在DMF-H2O溶液中,Cys和Hcy存在时,两个独立波长的激发下,探针PIM-NBD分别在480 nm和550 nm处显示出两种荧光发射。然而,在GSH存在时,探针分子仅在480 nm处产生蓝色荧光。这种差异可归因于除NBD-Cys/Hcy之外的NBD-GSH中间体不能进行分子内环化-重排反应。探针PIM-NBD响应快速、检测限低（Cys为14.7 nM,Hcy为14.4 nM,GSH为13.4 nM）,Cys/Hcy的浓度范围为0-100μM,GSH的浓度范围为0-200μM。此外,探针PIM-NBD成功应用于同时区分活HeLa细胞和斑马鱼模型中的内源性Cys、Hcy和GSH。论文的第三部分,课题组将具有较大双光子截面的荧光染料6-苯并噻唑-2-羟基喹啉（BQ-OH）和4-硼脂溴苄连接起来,设计合成了荧光增强的双光子过氧化氢荧光探针。该探针能够特异性识别过氧化氢,而其他活性氧物种并未引起探针显著的荧光变化。在过氧化氢存在时,探针分子的荧光增强约为56倍,响应速度较快（20分钟）,灵敏度高,检测限低。经测试计算,其检测限达14 nM。