线粒体和溶酶体都是维持细胞稳态的重要细胞器。线粒体膜电势对线粒体功能和细胞性能至关重要。线粒体膜电势的丧失或衰减往往会导致ROS水平上调、细胞自噬和细胞死亡等。因此,研究不同应激状态下线粒体膜电势的变化,对于理解线粒体膜电势在不同生理过程和各种疾病中起到的作用至关重要。溶酶体是细胞内一种酸性细胞器,内含多种酸性水解酶,是细胞内重要的废物处理系统。溶酶体内各参数,如pH,定位,数量和体积,在细胞应激或各种疾病过程中都会发生显著的变化。因此,在应激条件下对溶酶体内各参数的变化进行成像和跟踪,对于我们研究溶酶体稳态相关的生物过程具有重要的意义。本论文共分为三个章节。第一章首先介绍了线粒体膜电势对细胞器稳态的生物学意义,以及当前研究线粒体膜电势方法的优缺点。接着介绍了Staudinger反应在设计生物正交探针用于生物成像领域的研究进展。最后介绍了溶酶体的生物学功能和可用于溶酶体成像的荧光探针。第二章中我们设计了一种无荧光的探针AZF-TPP,可由Staudinger反应介导生成阴离子荧光探针(F-TPP),从而实现对线粒体的荧光“开关型”成像。与传统的阳离子“常亮”型线粒体荧光探针相比,这种细胞器导向的生物正交成像方法能够有效地辨别正常和不同应激状态下线粒体膜电势的变化。AZF-TPP具有较高的灵敏度和选择性,为实时监测线粒体的动态变化提供了新的研究视角。第三章中我们研究并合成出一种具有良好光稳定性的荧光分子ROXSA,可以在溶酶体内pH变化的情况下稳定地保留在溶酶体中。与当前广泛使用的易于从应激溶酶体中消散的荧光探针不同,ROXSA能够通过随机光学重构显微镜的超高分辨成像长期跟踪应激溶酶体(0-120h),揭示了随时间推移的溶酶体动态变化、溶酶体在线粒体自噬过程中的动态融合和分裂以及线粒体被溶酶体吞噬的过程。