有机荧光探针作为荧光方法的主流工具之一,因操作简便、灵敏度高、生物低毒性、可修饰性强等多种固有优势而被广泛开发并应用于分子示踪、手术导航、生物检测等生物分析领域。相较于传统的“常开”型荧光探针,由某种离子、分子或者生理参数触发而开启可视化信号的激活型荧光分子在成像效果上体现出明显的低背景、高信息量的可观优势。另外,近红外成像窗口因其生物自体荧光弱、组织伤害小等特点而成为荧光探针发射范围调控的主要目标。近几十年的发展积累了许多性能优异的激活策略和荧光团骨架,更将监测平台从最初的近红外一区（NIR-I）延伸至了可实现更高信噪比的近红外二区（NIR-II）窗口。高信噪比对于分析专业的意义则在于收获更低的响应检出限和更高的检测准确率。基于上述研究背景,从NIR-II主要的供体-受体-供体（D-A-D）型有机荧光骨架受到启发,针对不同疾病模型开发功能性更强的可激活荧光分子探针,并根据监测目的、反应特点对有机探针进行靶向性修饰和材料包封进一步提高生物相容性,用于细胞和活体小鼠体内对生物活性小分子一氧化氮、丙酮醛的原位近红外响应成像。本论文总体所阐述的工作为如下五个部分:第一章绪论本章介绍了可激活荧光探针的不同传感机制,针对如何获得更高信噪比这一目标,大致阐述了近年来极具发展势头的生物发光、化学发光、近红外有机荧光团构建和设计巧妙的激活策略。随后,对具有NIR-II发射主要荧光骨架之一D-A-D型荧光团分子设计展开介绍,叙述现有工作如何从电子受体、电子供体和其他材料修饰分析和提升荧光属性。最后,对本论文的工作内容、研究意义及创新性进行阐述。第二章基于半乳糖修饰的用于一氧化氮前药药物递送和释放监测的多功能纳米探针近年来,以一氧化氮（NO）为基础的癌症治疗因其对肿瘤的广泛作用而备受关注。低浓度NO可促进癌细胞发展进程,高浓度NO可诱导细胞凋亡,这一现象进一步加快了NO释放监测型探针的开发。本工作合成了一种半乳糖修饰的苯并噻二唑类荧光探针Gal NONP/C,作为NO响应纳米探针和NO前药物载体。探针在550～800 nm范围内表现出近红外发射,响应表现出酸性偏好。探针末端修饰的半乳糖片段通过与细胞表面过表达的去唾液酸糖蛋白受体结合,实现了对肝癌细胞的选择性靶向。该探针还将低分子量NO前药JS-K送入细胞,并对前药NO释放进行实时监测。此外,在活体人肝癌原位移植瘤裸鼠和荷瘤小鼠肝组织切片上证实了靶向肿瘤的NO成像。与未包载NO前药探针的对照实验相比,肝癌模型和肝切片中均可以检测到更高的NO荧光反应。本章所提出的这一策略可以为开发纳米探针在NO相关癌症治疗中的原位NO监测和治疗评价提供新的研究思路。第三章可激活近红外荧光探针用于阿尔茨海默病小鼠中丙酮醛成像可视化检测大脑中丙酮醛（MGO）水平对理解其在阿尔兹海默病（AD）发病和进展中的作用至关重要。本章中,我们设计合成了一种近红外荧光探针DBTPP,利用中心电子受体苯并噻二唑衍生出的邻苯二胺部分作为特异性识别单元检测MGO。DBTPP具有近红外发射、高选择性和高灵敏度、优异的酸稳定性和明显的信噪比等明显优势。该探针能准确监测人神经母瘤细胞中外源和内源性MGO的变化。此外,在转基因AD小鼠模型中成功对内源性MGO进行活体成像,而正常小鼠组呈阴性结果。上述实验工作表明了以MGO作为早期AD诊断的生物标志物在临床医学领域具有巨大潜力。第四章基于合理包封策略的可激活近红外二区荧光探针用于丙酮醛快速检测和成像作为与多种慢性炎症特别是II型糖尿病密切相关的活性小分子之一,MGO与该疾病的发展进程和疗效诊断可能存在潜在联系。然而,由于缺乏方便、快速的分析方法,无法实现针对MGO的准确定量。本章工作中,我们合成了一种可激活的NIR-II荧光探针TDTCD,并对其与MGO的反应机理进行了探讨。基于电子供体的分子设计和合理的材料包封,构建了一种新型MGO响应的纳米探针MG-SLNP。纳米粒子的固态疏水核不仅成功地提高了纳米探针的稳定性和水溶性,而且大大提高了与MGO反应的响应速率。体外实验中,我们讨论了NIR-II荧光法与传统高效液相色谱法在II型糖尿病小鼠血样中MGO浓度水平的比较。高分辨率的观察窗口、快速的响应和良好的生物相容性使MG-SLNP具有良好的信噪比,可用于活体内的MGO实时生物检测和成像。第五章总结与展望本章中,对本论文工作进行系统性的总结,进一步阐述本论文工作的研究意义和创新之处,并结合目前可激活D-A-D近红外荧光探针发展趋势,针对后续研究中需要面对的困难与挑战进行工作展望。