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生物活性小分子包含活性氧、活性氮、活性醛和生物硫醇等。生物活性小分子含量异常会导致氧化应激损伤继而导致多种疾病如心血管疾病、神经退行性疾病和癌症等。实时监控生物活性小分子的动态变化可以帮助我们探究和理解疾病的发生机制,对实现相关疾病的早期预防和诊断具有重要意义。然而,生物活性小分子具有反应活性高、不稳定、半衰期短的特点,而且检测环境复杂,因此,设计发展灵敏度高、选择性好的探针用于生物活性小分子的快速检测是具有重要意义的。针对小分子检测探针目前存在的水溶性差、发射波长短、荧光量子产率低、光漂白严重及检测存在背景干扰的问题,我们通过设计比率型探针来降低背景干扰;修饰磷脂聚乙二醇改善水溶性;荧光基团的侧链修饰具有共轭结构的芳香族基团延长发射波长,我们设计合成了5种检测生物活性小分子的探针,分别用于检测H2O2、生物硫醇、半胱氨酸（Cys）、一氧化氮（NO）和丙酮醛（MGO）。本论文的研究内容如下:（1）功能化二硫化钨纳米片的制备及用于比色检测过氧化氢、谷胱甘肽和葡萄糖我们通过一步超声剥离法制得了二维的WS2-hemin纳米片,用热重分析（TGA）定量氯化血红素（hemin）修饰的比重为18.9 wt%。通过透射电镜、傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱和吸收光谱证明hemin的成功修饰。该纳米片在hemin的协同催化下表现出较强的过氧化物酶活性,在室温10 min内快速催化氧化过氧化物酶的底物TMB。同时该纳米片在较宽的pH和温度范围内表现出优异的催化性能,我们进一步利用对苯二甲酸证明催化机理是反应产生羟基自由基（.OH）。基于上述原理,该纳米片可以灵敏的检测H2O2及葡萄糖。此外还原性物质如GSH会将H2O2和Ox-TMB还原,从而降低溶液的颜色,因此,纳米片也成功用于灵敏检测GSH和Cys。最终我们将此纳米片用于FBS中加标检测葡萄糖,得到较好的回收率。（2）巯基化合物响应的比率型荧光探针的合成及应用我们利用酰胺化反应设计合成了罗丹明-香豆素丙烯酰酯荧光探针RHA,用于生物巯基化合物的比率型检测。该探针以罗丹明内酰胺作为参比单元,香豆素丙烯酰酯作为巯基化合物识别单元,丙烯酰酯通过光诱导电子转移PET过程淬灭香豆素HC的荧光,与生物巯基化合物发生迈克尔加成与分子内环化反应,恢复HC的荧光。该探针对生物巯基化合物尤其是半胱氨酸具有良好的比率荧光响应特性,线性范围为:1-10μM,检出限为0.13μM,并且反应迅速10 min内可达到平衡,探针成功用于血清中巯基化合物的检测,检测结果与标准方法一致,结果令人满意。（3）Cys特异性响应的比率型聚合物探针合成及应用半胱氨酸（Cys）在蛋白质合成、细胞内氧化还原平衡等生理过程中起着重要的作用。然而生物巯基化合物结构类似,反应活性相近,从巯基化合物中特异性检测Cys仍然面临着一定的挑战。我们将Cys特异性识别单元异硫氰酸丙烯酰酯FITC-A和参比探针香豆素HC分别修饰在磷脂聚乙二醇上DSPE-PEG上,利用DSPE-EPG-FITC-A与DSPE-PEG-HC自组装,设计合成了纳米聚合物探针nanoHFA,用于Cys特异性检测。通过透射电镜和动态光散射证明纳米探针的尺寸是18 nm,同时该探针在水溶液中具有好的分散性和光稳定性。在生物巯基化合物同时存在时对Cys具有高选择性,可用于Cys的比率型检测,线性范围在5-60μM,检出限0.37μM。此外,我们利用Cys与Cu2+之间的强配位作用,实现了Cu2+的检测。最终我们将纳米探针用于荧光试纸条中可视化的检测Cys及Cu2+的变化,并用于分析检测胎牛血清中的Cys,得到令人满意的结果。（4）溶酶体靶向的NO荧光探针用于细胞和组织切片成像为了精确监测溶酶体内NO的浓度变化,我们将NO识别单元邻苯二胺修饰到苯并噻二唑中,同时将吗啉作为溶酶体靶向单元,设计合成了溶酶体靶向的具有比率型发射特点的荧光探针MBTD,用于NO的检测及成像。与商品化探针LysoTracker Red相比,该探针中的吗啉基团对溶酶体具有较好的靶向性,共定位系数为0.99,同时探针对NO具有高选择性和灵敏度,在酸性条件下检出限为14 nM。与商品化探针DAF-FM-DA相比,探针的荧光在488 nm的激发光持续照射6 min内基本保持稳定,证明探针具有良好的抗光漂白性。该探针成功用于RAW264.7细胞外源性NO比率成像及在LPS刺激下的内源性NO成像。更重要的是,该探针还成功用于MCF-7和HepG2细胞内NO的比率成像,证明MBTD探针适合不同细胞系中的NO成像。此外反应产物还具有pH响应的特性,是潜在的pH成像探针。更重要的是,在LPS刺激下,探针可以原位检测小鼠肝脏组织中NO的动态变化,而在NO合成酶抑制剂L-NAME存在时,NO的浓度明显降低。同时小鼠在炎症药物N-乙酰半胱氨酸（NAC）处理后,MBTD探针可通过检测NO的变化原位监测NAC的治疗效果。该探针为NO相关疾病的早期检测提供了新的成像方法。（5）近红外荧光探针可视化检测细胞与活体内的丙酮醛丙酮醛（MGO）是一种具有高反应活性的二羰基化合物,含量异常与Ⅱ型糖尿病、神经退行性疾病和癌症紧密相关,然而目前缺乏在近红外光谱区域检测MGO的探针。我们利用邻苯二胺为MGO特异性识别单元,短链PEG修饰的苯并噻二唑为荧光基团,设计合成了近红外响应的MGO荧光探针MEBTD,在细胞和活体水平实现MGO实时原位检测。探针与MGO反应后发射波长在550nm-850 nm范围内,具有较深的组织穿透深度和较低的荧光背景,可以降低生物体自吸收和自发荧光产生的干扰。同时,该探针对MGO具有较高的灵敏度,其中检出限为18 nM。此外,探针具有较低的细胞毒性,已成功用于4T1乳腺癌细胞内源性和外源性MGO荧光成像。更重要的是,探针可以在乙二醛酶1（GLO1）抑制剂存在下区分不同肿瘤细胞和正常细胞中GLO1活性差异。通过荧光成像、流式细胞分析及蛋白印迹分析,我们发现4T1细胞和MDA-MB-231细胞中GLO1的含量较多、活性高。最终,MEBTD成功用于小鼠的活体成像和组织切片成像。以上结果表明该探针为MGO相关疾病的诊断和预防提供了有前景的成像工具。