在正常的生理状况下,活性氧（Reactive Oxygen Species,ROS）在细胞内的产生和消耗处于一个动态平衡的状态。此时,适量产生的ROS对机体细胞内的信号传导、免疫等具有重要的生理意义。但是,在一些外源性或者内源性刺激下,这一动态平衡会被打破,引起ROS的快速增加,致使机体无法及时清除,使氧化作用占据主导地位,导致氧化应激的产生。氧化应激的发生伴随着一系列负面作用:过量产生的ROS会对蛋白、生物膜、DNA及RNA造成不可逆转的损伤,从而加速生物体的衰老过程;ROS的动态失衡还会导致生物体内微环境pH的变化,使生物体内环境失去酸碱平衡,产生酸碱平衡紊乱;ROS的失衡会导致一系列疾病,如呼吸道疾病、癌症和神经退行性疾病。因此,发展灵敏度高、选择性好、重现性好、响应快速的分析方法用于检测氧化应激过程中各种相关分子的浓度及变化情况,对于阐释氧化应激过程、解析氧化应激相关的生理疾病的分子机制都具有非常重要的意义。本论文为研究氧化应激过程中活性氧的产生及相互关联情况建立了新的研究方法,并且研究了氧化应激的相关分子机制。首先,本文中第一个课题设计了一种新型的具有线粒体靶向功能的荧光分子用于氧化应激下线粒体内HBrO的高灵敏检测;其次,本文的第二个课题中设计了一种能够同时检测线粒体内O₂^·-和pH的比率型荧光探针并首次研究了氧化应激下两者在线粒体内的相互作用关系;最后,本文的第三个课题研究了氧化应激相关物Cu-Aβ介导的自由基产生机制。具体内容如下:本文中第一个课题利用HBrO能够快速、特异性催化氨基和甲硫基之间发生反应及三苯基磷阳离子的线粒体靶向功能,发展了一种选择性好、准确度高、重现性好、灵敏度高的方法并用于线粒体内HBrO的比率型检测。研究发现,O₂^·-诱导的氧化应激能够引起线粒体中HBrO的爆发。本文中第二个课题利用FITC对pH的响应、荧光信号和FITC无重叠的氢化溴乙非锭（HE）与O₂^·-的特异性反应、内包覆量子点的硅球（SiO₂@QD）的荧光稳定性及三苯基磷阳离子的线粒体靶向功能,发展了一种能够同时检测线粒体内O₂^·-和pH的方法。体外实验结果显示,该比率型荧光探针对O₂^·-和pH具有良好的选择性和灵敏度,不仅能够用于O₂^·-和pH的分别检测,而且能够用于O₂^·-和pH的同时检测。细胞实验结果显示,该比率型荧光探针具有线粒体靶向功能,并且成功应用于细胞内O₂^·-和pH的荧光成像与生物传感。进一步的研究发现O₂^·-是通过细胞膜上的阴离子通道进入细胞,进而引起线粒体内O₂^·-浓度的升高,并引起pH值的升高;线粒体内pH值的降低,会引起其中O₂^·-浓度的升高。本文中第三个课题利用生物化学法（间接法）,电子顺磁共振波谱法（直接法）和瞬态吸收光谱法（直接法）三种不同的方法对还原性条件下Cu-Aβ催化O₂产生ROS的过程进行了全面细致的研究。所有这些方法得到的结果都表明在还原性条件下,Cu-Aβ催化O₂的过程中,不仅有H₂O₂和·OH的生成,而且还有游离的O₂^·-。我们还发现,ROS产生的量与和Cu²⁺结合的Aβ的状态密切相关。该工作可为预防或治疗阿尔兹海默病提供研究思路或参考依据。