生物活性小分子在维持生物系统氧化还原状态中发挥着重要的作用,它们与许多疾病的病理密切相关。小分子生物硫醇半胱氨酸(Cys)、同型半胱氨酸(Hcy)和谷胱甘肽(GSH)是重要的生物活性硫标志物。当Cys缺乏时会导致生长发育迟缓、头发脱色等症状的出现。Hcy浓度的异常是心血管疾病、阿尔茨海默症等疾病的危险因素。GSH浓度的异常与艾滋病、癌症等疾病有关。次氯酸(HOCl)是活性氧物种中重要的内源性生物活性氧小分子,HOCl浓度的异常可能会导致心血管疾病、癌症等疾病的发生。因此,检测生物活性小分子对其在生物系统中的生成、功能以及代谢有着重大意义,同时也能促进对相关疾病的早期诊断、干预和治疗。近年来,荧光探针与荧光成像技术对生物体内小分子化合物的检测与成像得到广泛的应用。但是,已报道的系列探针依然存在发射波长短、灵敏度不够、水溶性差等不足,这限制了它们在细胞和生物活体成像中的应用。因此,我们需要开发出长波长、高灵敏度、水溶性好等优点的探针,期望其能检测生物系统中的生物活性小分子。在第二章中,我们选择在菁染料的meso位引入2-巯基-4,6-二甲氧基嘧啶设计合成了新型的荧光探针Cy-S-Py。该探针具有水溶性好、近红外发射等优点。探针Cy-S-Py与Cys/Hcy和GSH发生芳香亲核取代-重排反应后,Cys/Hcy先与Cy-S-Py反应生成硫取代产物(Cy-S-Cys/Cy-S-Hcy),并且很快发生分子内重排反应以获得热力学稳定的五元或六元环状胺基取代产物(Cy-N-Cys/Cy-N-Hcy)。然而,缺少相邻胺基的GSH因不能发生分子内重排反应而不能产生荧光。所以探针Cy-S-Py可以在相同条件下区分检测Cys/Hcy和GSH。在浓度范围为0?100μM时,Cy-S-Py对Cys/Hcy的检测限分别为0.17μM和0.32μM。此外,该探针荧光发射波长达到近红外区且具有良好的细胞膜渗透性,可以在细胞和活体小鼠中实现对Cys/Hcy的荧光检测。这些结果证实,该策略在复杂生命系统中与Cys/Hcy相关的生物学过程的研究具有广阔的前景。在第三章中,我们以N,N-二甲胺基硫代甲酰基作为7-羟基-3-吩噁嗪酮的保护基团,构建了检测HOCl的荧光探针RF1。探针RF1与HOCl反应后,HOCl的Cl~+与硫代胺基甲酸酯基的硫化物发生亲电加成反应以及分子内环化串联反应使二甲胺基硫代甲酰基保护基团脱去(去保护),重新释放出试卤灵,实现了荧光从“无”到“有”的信号变化。探针RF1对HOCl能够在4 s内快速响应,位于586 nm处的荧光发射峰逐渐增强且荧光强度增强了约400倍。在浓度范围为0?10μM时,RF1对HOCl的检测限低于1.4 n M。此外,该探针不仅能够实时检测He La细胞中的外源性HOCl,也可在RAW264.7细胞中跟踪内源性HOCl。