化学生物传感技术能够将生物系统中重要的化学生物信息转化成可以被分析仪器识别的信号,将这些信息数字化,对于探索生理学和病理学进程意义重大。荧光分析法作为一种可视化的传感方法,相比其他传统方法,有着灵敏度高、重现性好、生物毒性小等优势。荧光探针配合荧光成像仪,能够准确清晰地对被分析物进行灵敏的检测和成像。然而,随着科学技术研究的不断深入,对化学生物信息的需求也越来越大,对荧光传感方法的要求自然就越来越高。荧光探针研究尽管取得很大的进展,在应对实际情况时,仍然凸显出其自身存在的一些固有的不足。提高荧光探针的光学性能,使其更适用于当今应用研究的高要求,是迫切需要解决的问题。其中,基于花菁类信号单元构建的荧光探针,有着近红外发射的优势,因其穿透能力强、不易受到生物自体荧光干扰而在生化分析,尤其是活体成像中应用广泛。然而,花菁类荧光团也有着如斯托克斯位移小和光稳定性不好等问题。本论文以解决花菁类荧光探针面临的挑战和问题为切入点,以改善这一类荧光探针的传感和成像性能为目的,开展了新型部花菁衍生物荧光探针的设计开发工作,并将其应用于重要的生物小分子的分析研究领域,期望为荧光探针的研究和发展提供新思路和新方法。具体开展了以下工作:(1)高分辨比率型近红外荧光探针用于检测细胞和活体pH。作者基于部花菁骨架,设计合成了一系列的近红外荧光探针NIR-Ratio。输出信号是比率型的,发射波长位于600nm以上的近红外区域,同时适用于细胞和活体层面的pH成像并且,这个系列的化合物可以灵活地通过调节其取代基团,来调节两个发射峰之间间距,以达到调节成像分辨率的目的。其中,修饰了苯并噻唑取代基的探针NIR-Ratio-BTZ的分辨率最好,其两峰间距达到了76nm。同时,它的pK_a值为7.2,恰好位于生理pH范围内,能够捕捉到中性附近pH的微小变化。(2)一种免受Cys和Hcy干扰高选择性检测GSH的荧光传感器。作者基于螺吡喃-部花菁的结构,设计合成了比色分子探针SP-1。由于其与GSH之间有着特殊的配位作用,探针对GSH有着很好的选择性。为了增强探针的灵敏度,作者选择将SP-1与荧光染料罗丹明-6G(R6G)结合,构建了内滤体系,从而成功地将吸收法转化为了荧光法。同时,通过调节SP-1与R6G之间的比例,可以调节内滤体系的响应浓度范围,从而实现对不同浓度样品的GSH进行分析检测的可行性。