小分子荧光探针由于灵敏度高、选择性好,在生物活性物种检测领域得到广泛应用,是目前光学分析法检测生物活性物质最常用、最重要的工具之一。基于传统荧光染料的荧光探针根据染料母体的不同而各具优点,但是随着对活性物种检测灵敏度、选择性要求的提高,这些荧光染料在作为荧光探针母体方面也存在一些不足。例如以花菁为母体的荧光探针斯托克斯位移较小、量子产率不高,而且探针还会发生聚合、光漂白、断键分解等现象;基于罗丹明、BODIPY、荧光素和香豆素类等染料的荧光探针荧光量子产率相对较高,且有较好的光学稳定性和化学稳定性,但是这些染料的发射波长一般处于短波长区,易受到生物体系自发荧光和散射光的干扰,并且斯托克斯位移也不是很大。所以综合以上各类荧光探针的特点,有必要设计性能更优良的荧光染料,以满足实际生物检测的要求。目前对新型荧光探针的合成,主要在以下几个方面进行改进:1.提高探针的荧光量子产率,增加检测灵敏度;2.增大斯托克斯位移,以降低染料的自吸收和光谱干扰;3.使染料的发射波长红移,增加组织穿透性,避免生物体系中某些物质(如水、脂质体、蛋白质等)对光的吸收,降低信噪比;4.探针母体的光稳定性好,不易发生聚合或光漂白;5.探针水溶性好,穿膜性好,对生物体毒性低。化学发光探针作为另一类发光型探针,因其不需要激发光源、瞬时响应、灵敏度高等特点在生物检测中得到了一定程度的应用。化学发光检测利用化学反应释放的能量将反应体系中的荧光物质激发,将化学能转化成辐射能,整个过程中无需激发光源,消除了背景光的干扰,很适合活生物体的原位检测与活体成像。但是目前的化学发光探针量子产率一般不高,且发射波长在较短波长区,还需要进一步提高检测的灵敏度和选择性。所以设计具有新型发光母体、发射波长在远可见-近红外区的小分子化学发光探针,将会进一步拓宽化学发光检测方法在生物分析中的应用。酸碱平衡和氧化还原平衡是细胞内重要的生化反应平衡,对细胞生理过程起到极为重要的调节作用。细胞酸度(pH)在诸如细胞生长、细胞内吞作用、细胞粘附等过程中起着关键调节作用,是细胞进行新陈代谢的重要参数之一。许多报道认为一些疾病与细胞质或者酸性细胞器内的pH异常有关。活性氧(reactive oxygen species, ROS)参与细胞信号转导、神经传递、免疫系统控制、细胞生长调节及细胞代谢等,是细胞氧化还原平衡体系的重要参与者。因此,准确测定细胞内pH和活性氧浓度十分重要。荧光探针法具有高灵敏度和高选择性,且利用荧光探针共聚焦成像技术可以实现细胞内酸碱平衡变化监测及质子的时空分布研究。化学发光反应与自由基的生成与转化密切相关,所以化学发光探针在活性氧检测中具有独特的优势。本文结合荧光、化学发光这两类光学探针的特点,以二氟硼为荧光母体,合成了两种pH荧光探针及一种小分子化学发光探针。以荧光探针实现了细胞内pH的荧光成像。用化学发光探针初步检测了超氧阴离子自由基。具体的工作包括以下四个方面:一.介绍了荧光、化学发光探针在生物检测方面的进展,重点对二氟硼类化合物探针的结构特点、物理化学性质及其光学检测应用进行了综述。二.合成了一种以二氟硼结构为母体的pH可逆“裸眼”荧光探针。该探针的最大激发发射波长分别在465nm和608nm处,斯托克斯位移达到了143nm。探针以巯基作为响应基团,在pH=4.0-8.0之间呈灵敏响应,荧光强度随着pH的增大而增强;详细研究了该探针的响应原理,发现探针光稳定性好,有良好的穿膜性,以该探针实现了人肝癌细胞内pH的荧光成像分析。三.合成了一种以二氟硼结构为母体、以吡啶为响应基团的pH荧光探针。该探针在pH=3.0-6.0范围内呈灵敏响应,以该探针实现了人肝癌细胞内pH的荧光成像分析。四、合成了一种以二氟硼结构为母体,MCLA类似物为反应基团的化学发光探针,用于水溶液中超氧阴离子自由基的检测。该探针在二氯甲烷中的最大发射波长位于645nm左右,是一种处于远可见区的化学发光探针。