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随着时代的进步、生命科学技术的高速攀升,以有机小分子荧光探针为代表的新兴生物化学传感器在环境监测、生命科学和医药研究等领域的应用越来越广泛。有机小分子荧光探针成像技术使得生物学成像应用、环境质量监测、临床医学诊断在原来的基础上升了一个台阶,通过对细胞,组织甚至活体的原位无损荧光标记成像,人们得以更加清晰、快速、准确地观察目标物在生物体系中的代谢过程及生理作用。线粒体是细胞中重要的细胞器,是为整个细胞运作提供能量、有氧呼吸的主要场所,被称之为细胞的“能量工厂”,参与细胞分化、信息传递和细胞凋亡等过程,与细胞生长和调控细胞周期息息相关。因此,开发具有线粒体靶向性能、检测与细胞线粒体功能息息相关物质的有机小分子荧光探针十分重要。所以,本文基于分子内电荷转移(intramolecular charge transfer,ICT)原理设计、合成了两个具有线粒体靶向功能的检测硝基还原酶探针BICP(benzoindocyanine probe)和检测二氧化硫衍生物探针P1。主要工作如下:(1)本文第二章中,以苯并吲哚阳离子作为线粒体靶向基团和拉电子基团,将其引入到荧光团中成为苯并吲哚花菁染料(benzoindocyanine fluorophore,BICF),由于分子内电荷转移(ICT)效应而具有强烈的荧光。鉴于4-硝基苄溴的荧光淬灭性质,我们在BICF的羟基上用4-硝基苄溴与其发生取代反应使得ICT效应受阻而得到没有荧光的线粒体靶向探针BICP。硝基还原酶可选择性识别还原4-硝基苄溴的硝基为氨基,发生电子重排反应,使得探针荧光得到恢复,从而达到对线粒体硝基还原酶检测的目的。实现了在模拟生物环境溶液和活细胞内对硝基还原酶高选择性、高灵敏度(检测限:1.9 ng mL/1)、高信背比(～83倍荧光增强)的检测。据我们所知,探针BICP是能够同时对肿瘤细胞线粒体硝基还原酶Ⅰ型和Ⅱ型的检测和成像。体外实验数据表明探针的低毒性、较好的生物相容性。通过对HeLa细胞和A549细胞成像表明,耐氧的Ⅰ型硝基还原酶在细胞正常氧气培养情况下表达,Ⅰ型和Ⅱ型硝基还原酶在缺氧培养情况下均可表达,而且随着缺氧程度的加剧,酶的表达越高;证明了探针BICP在细胞成像方面的实际应用价值。(2)本文第三章中,以4-氯-7-二乙胺基香豆素醛为荧光团母体,在3位醛基引入苯并吲哚延长其共轭体系,并且将其作为吸电子基团(与7位的供电子基——二乙胺基形成“推-拉”电子体系)和线粒体靶向基团,设计合成了具有长波长发射的荧光探针P1。该探针是基于ICT效应比率检测线粒体HSO3-/S032-的有机小分子荧光探针。由于ICT效应以及大共轭的“推-拉”电子体系,荧光发射波长为675 nm;当HSO3-/SO32-亲核加成双键,使得体系ICT效应受阻,共轭体系减小,荧光发射蓝移到550 nm,能够对HSO3-/SO32-实现比率荧光信号检测。光谱实验考查了探针P1对HSO3-/SO32-具有高选择性、高灵敏度(检测限为0.16μmol/L),细胞毒性试验可以看出探针P1的生物相容性好,从共定位实验可知探针具备优秀的线粒体定位性能,通过外加NaHS03和2,4-二硝基苯磺酰胺说明探针能够对细胞线粒体外源性和内源性HSO3-/SO32-进行成像检测。