近年来有机染料与二氧化硅纳米颗粒已经成为生命分析化学领域具有应用价值的材料。将两类材料复合制备得到的二氧化硅纳米复合荧光探针结合了有机染料良好的荧光性能与二氧化硅纳米颗粒所特有的良好生物亲和性、小尺寸效应和低毒性等特点。作为一种新型的探针，其呈现出许多与传统单一发射波长的荧光探针不同的光学性质。因此，纳米复合荧光探针用于生命科学的研究逐渐引起了研究者的广泛关注。荧光分子探针在生命分析领域中扮演非常重要的角色。利用荧光探针高灵敏度、可控开关操作、原位检测（荧光成像技术）等优点，设计合成的能快速响应、选择性好、灵敏度高、细胞毒性小、具有良好生物兼容性的新型荧光探针为生命分析研究提供了必不可少的工具。设计荧光探针最常用到的传统有机染料（如香豆素类和荧光素类化合物）的荧光发射波长均小于650nm，不容易与生物组织背景荧光区分，这使之在深组织成像和活体成像方面不是很理想。相比之下,基于近红外染料（花菁、近红外罗丹明和BODIPY）设计的荧光探针吸收和发射波长在近红外区,而生物样品基体光在该光带荧光强度很小,因而利用近红外荧光探针检测待测物的背景干扰会大大降低。与传统有机染料分子相比,二氧化硅纳米颗粒有几个优点，包括发射光谱可调、生物亲和性好、小尺寸效应、表面容易修饰等特点等。二氧化硅纳米颗粒是近年来在生命分析领域中应用比较广泛的纳米材料。随着纳米材料的广泛研究与应用，纳米材料的细胞毒性问题越来越受到研究者的重视，新型发光材料的毒性成为设计荧光探针时首先要考虑的因素，二氧化硅纳米颗粒能够很好的满足低毒和生物相容性好的要求而被应用到生命分析中。细胞内小分子活性物种在细胞衰老与死亡中起着关键作用，小分子荧光探针已经被用于细胞内小分子活性物种的检测与成像，但是小分子荧光探针难以同时对多种活性物种成像，多功能的纳米复合荧光探针则能满足同时检测与成像的要求。因此，设计具有良好性能的新型纳米复合荧光探针用于实现细胞内多种小分子活性物种的同时分析和测定已经成为科学工作者的巨大挑战。本论文基于二氧化硅纳米颗粒良好生物相容性以及稀土探针与近红外花菁荧光探针良好的光学特性，开展了三方面工作，主要包括：（一）制备了二氧化硅纳米颗粒与一种新型的近红外花菁染料，二氧化硅可以作为荧光探针进入细胞的优良载体并可以提高修饰在其表面的目标分子在细胞内的存留时间；以羟基苯基环己酮与三甲基吲哚磺酸为原料合成了在共轭碳链上具有多修饰位点的近红外花菁染料。进一步表征了染料的结构，研究了染料的光学性质，发现染料本身具有良好的化学和光学稳定性。可以通过在共轭碳链上引入不同的荧光调制分子来调节花菁的荧光性质。该染料有望作为标记蛋白质或设计多功能的荧光探针的荧光骨架，为下一步生物应用奠定基础；（二）设计合成了可以分别特异性识别羟基自由基与过氧化亚硝基阴离子的小分子荧光探针3-CCA和HB-DTPA-Eu3+/Tb3+，并将两种小分子荧光探针修饰到二氧化硅表面，组装了一种新型的二氧化硅纳米复合荧光探针。该复合荧光探针在同一波长下激发，发射出不同的波长，可以实现对羟基自由基与过氧化亚硝基阴离子的同时检测分析，可以用来建立灵敏、准确、实时分析细胞内小分子活性物种的新方法；利用该复合荧光探针可以定量研究小分子活性物种之间的相互转化，从而避免细胞成像过程中出现的不同种类的活性成分的功能被同种活性成分掩盖，也因此开辟了一种新的思路来推动基于纳米生物技术的荧光探针用于实际细胞内小分子活性物种直接测定的研究；此外将小分子荧光探针修饰到二氧化硅纳米颗粒表面，能提高小分子探针在细胞内的存留时间，进而提高小分子荧光探针检测待测物的灵敏度与检测限。（三）设计了三种小分子荧光探针，可以分别同时检测O2、 OH与Cl－，并将探针组装到二氧化硅颗粒表面。将近红外花菁荧光探针引入到二氧化硅纳米颗粒构建的新型的近红外-纳米复合功能探针可以降低生物组织背景荧光的干扰，减少组织损伤，并且该纳米复合探针有望用于检测细胞内髓过氧化物酶的活性。我们的实验设计建立了一种生物相容性好的纳米复合探针用于检测细胞内多种小分子活性物种的简单方法，并且提供了一种对细胞内多种小分子活性物种同时监测、同时多色成像的可能。