钴和铁都是人体必需的微量元素,它们对正常生理活动的维持至关重要。两者的缺失和过负荷都将导致严重的生理疾病,引起机体器官和组织损伤。亚硫酸盐是一种常见的食品添加剂,主要用做各种防腐剂,包括控制微生物生长、防止褐变和腐败、漂白食物等。但据报道,长期食用含亚硫酸盐食品容易引起皮肤和呼吸道过敏反应,因而危害巨大,这就要求我们要对它们的含量做到准确控制。除了传统的检测方法外,小分子荧光探针检测方法也具备很强的优势,但是这些手段都无法实现活体水平检测,本论文以生物发光检测方法来实现分析物在体内检测从而弥补这一缺点,从而丰富了钴、亚铁和亚硫酸盐的检测手段,加强生物发光在实际生活中的应用。根据文献报道的钴、亚铁和亚硫酸盐的荧光探针的作用机制,本论文合成了了三类共5个探针,用于实现体内外钴、亚铁和亚硫酸盐的检测。本论文主要包括四个部分:1:介绍了钴、亚铁和亚硫酸盐的概况、生物学意义;传统的检测方法;总结了目前已有的钴、铁和亚硫酸盐小分子荧光探针及其设计原理;介绍了生物发光的基本情况。2:本部分主要介绍了亚铁生物发光检测技术的研究。该探针的识别基团以N30结构与钴离子配位络合,在氧气的参与下,C-O键断裂释放萤光素酶底物,利用活体成像仪实现钴离子的检测。该部分对探针的设计、合成路线、体外酶水平检测、细胞水平检测和动物水平外源性钴离子的检测进行了实验研究。结果显示,该钴离子探针在水溶液中有很好的灵敏度和选择性;还可以在细胞水平实现对钴离子的线性检测。在动物水平中,钴离子分别采取尾静脉注射和灌胃两种方式给药,都能实现对钴离子的动态可视化检测,同时能够检测钻离子在体内不同时间的代谢蓄积情况。3:本部分主要介绍了亚铁生物发光检测技术的研究。铁是人体必需的为微量元素之一,且人体的铁元素居微量元素之首,其中亚铁对于生物体的正常生理功能的维持至关重要,针对这一情况,我们设计并合成了一种全新的亚铁生物发光探针,用于检测体外、细胞水平和动物水平的亚铁含量。结果表明,探针在水溶液中对亚铁离子有很好的灵敏度和特异选择性,能够实现亚铁离子体外定量检测。它还可以对小鼠外源性注射亚铁离子和小鼠脓毒症模型中的内源性亚铁离子实现可视化检测。由此,证明了该亚铁离子生物发光探针能够很好地对亚铁离子进行多环境综合性检测。4:该部分主要介绍了亚硫酸盐生物发光检测技术。目前亚硫酸盐被用做各种防腐剂,包括控制微生物生长、防止褐变和腐败,以及漂白一些食物等。然而过量摄入亚硫酸盐也会对人体的健康产生严重的危害。因此本部分设计合成了三个亚硫酸盐探针。主要以乙酰丙酸及其衍生物为识别基团,与亚硫酸盐作用成环释放萤光素酶底物,来检测亚硫酸盐。该部分对探针的设计、合成路线、体外酶水平检测和动物水平外源性亚硫酸盐的检测进行了探讨。结果显示,SOP-2和SOP-3对亚硫酸盐的灵敏性差,因此选择灵敏度和选择性高的SOP-1作为体内水平检测的探针,SOP-1可以实现体内对亚硫酸盐的检测。