基于荧光分子探针的分析方法在生物医学、细胞成像、环境检测和食品质量与安全控制等领域起着重要的作用,因此,设计合成新型的具有特异性质的荧光分子探针一直是分析化学、生物医学和材料科学等领域的重要研究方向。现今在环境和细胞中用于检测化学物质如金属离子、阳离子、阴离子或生物小分子等的荧光探针相当多,但是针对环境中有害气体二氧化硫及其衍生物的检测则相对少,并且其中大多数探针还不适合用于生物体内的检测。有研究表明,亚硫酸氢根能够与花菁基团中的碳碳不饱和双键发生亲核加成反应,使荧光猝灭。基于此反应特点,将花菁染料分别与纳米碳点材料和苯并噻唑荧光基团共轭连接,设计合成了基于花菁染料的复合比率荧光探针HBT-Cy和Cy-CDs,用于环境和食品中二氧化硫及其衍生物亚硫酸氢根的检测和细胞成像研究。本论文一共分为三大部分,每部分研究内容概括如下：第一章：首先探讨了荧光分子探针的进展和背景,详述了3种有机荧光分子的主要识别机理：FRET、PET和ICT；接着概述了二氧化硫及其衍生物的研究意义和其荧光检测技术的发展,最后提出文章的选题和研究内容。第二章：设计合成了针对二氧化硫及亚硫酸氢根的可逆比率荧光探针,探索了其在生物体内的成像应用。首先制备了4-羟基苯-1,3-二醛,以其为母体,在两个醛基上分别共轭连接2-氨基苯硫醇和带磺酸根的甲基吲哚化合物1,合成了由苯并噻唑和花菁荧光基团组成的比率型可逆荧光探针HBT-Cy。用390 nm激发时,探针HBT-Cy具有两个发射峰,分别在450 nm和590 nm处。Cy的碳碳不饱和双键作为亚硫酸氢根的特定反应位点,两者产生的亲核加成反应使探针在590 nm处的红色荧光猝灭,在450 nm处的蓝色荧光增大。同时,随着亚硫酸氢根浓度的增大,HBT-Cy溶液的可见光颜色由红色逐渐褪到无色,在365nm紫外灯照射下的荧光颜色由西瓜红逐渐变为蓝色。通过分析荧光强度F450/F590值的对数变化与HS03-浓度的关系,可实现定量检测HSO3-。 HBT-Cy与HS03-反应后的加成产物HBT-CyO,在过氧化物如H202或TBHP的氧化作用下,可以恢复到原来的探针模式HBT-Cy,且经过多次的氧化还原,探针HBT-Cy仍具有良好的光谱性质和反应活性。MCF-7细胞试验表明,HBT-Cy可用于生物体内的内源性和外源性的二氧化硫及亚硫酸氢根的比率监测,而且HBT-Cy在细胞内仍然可以发生可逆反应,在H202的氧化下可使碳碳双键结构恢复,探针红色荧光增强,蓝色荧光变弱。实验还将HBT-Cy应用于二氧化硫气体的选择性可视化检测,回收率实验说明了该探针在实际样品中检测HS03-的可靠性。HBT-Cy制备成本低,反应灵敏,检测限达到0.34μM。第三章：我们制备了表面由氨基修饰的纳米碳点和带羧基的花菁基团,并研究了两者之间的能量转移关系。将带羧基的花菁基团与纳米碳点通过缩合反应连接,合成新型的复合荧光探针Cy-CDs。复合荧光探针Cy-CDs自身由于FRET过程,即花菁Cy的吸收峰与纳米碳点CDs的的发射峰有部分重迭,使Cy-CDs的荧光强度很弱。亚硫酸氢根加入后,能够与Cy的碳碳双键发生特定的加成反应,破坏了探针的共轭结构,FRET过程中断,CDs的荧光恢复,探针Cy-CDs的荧光增强。因此,根据探针Cy-CDs在反应前后于450 nm处的荧光比值(F/F0)变化与亚硫酸氢根浓度的线性关系,可以建立一种可靠的定量分析亚硫酸氢根浓度的方法。同时,复合荧光探针Cy-CDs被成功应用于空气中和水溶液中二氧化硫气体的可视化检测以及水样中的回收率测定。该探针由纳米材料和有机材料组成,具有设计新颖、灵敏度高、制备简单、成本低、响应快速、选择专一等等优点,有广阔的应用前景。