荧光染料或荧光探针因其具备优异的生物相容性和高的选择性被广泛的应用于生物系统中物质的检测和成像。特别是具有特殊结构功能化的荧光染料或荧光探针为生命活动的研究提供了重要的研究价值,主要因其具有的特殊官能团和结构可以针对生物系统中的亚细胞器,生物大分子,有机小分子和金属离子等物质进行识别检测。已有针对荧光探针的研究和开发为开发功能化荧光探针提供了重要的指导价值。其中染料的结构调控对于构建功能化染料起着决定性的作用。本论文选用4-溴-1,8萘酐,苊醌和2,3,3-三甲基吲哚作为荧光母体,引入不同的官能团对其分子结构进行调控分别实现检测部分亚细胞器（线粒体和血小板）内的谷胱甘肽（GSH）和线粒体膜电位（MMP）的特殊功能,并且通过实验初步探讨其细胞水平的生物应用价值。（1）一例由凝血酶介导用于血小板中超痕量GSH变化的比例检测及生物成像应用的双光子荧光探针（IQDC-L）。IQDC-L中细胞器定位基团选用甲基哌嗪通过凝血酶介导作用使其靶向进入血小板;另外通过引入GSH的反应位点砜基联接两个具有优异双光子性能的荧光基团4-溴-1,8萘酐和苊醌,由于引入的两个荧光结构的能量发生了荧光共振能量转移（FRET）,导致IQDC-L在识别GSH的过程中,磺酰胺中的“S-N”键被切断,显示出显着的荧光强度变化比(I₅₂₀/I₅₉₂)。当探针分子结合GSH的浓度变化为2.0-65 nM时,呈现很好的线性比例变化模式以检测GSH的变化。实验结果表明:探针分子对GSH的最低检出限是0.083 nM。并且,IQDC-L在凝血酶的介导下可以从外周血中不受任何干扰的筛选PLT。因此,IQDC-L可以用于从外周血液中筛选PLT,同时实现超痕量GSH的实时成像。（2）基于磺酰胺在不同pH下的不同反应机理,一例利用磺酰胺作为反应位点的比例荧光探针（IQDC-M）用于癌细胞线粒体GSH的超痕量变化识别和成像。IQDC-M中细胞器定位选用三苯基膦:达到靶向定位线粒体的同时,改变分子水/油两亲性使其靶向定位癌细胞内线粒体的目的;此外通过引入GSH的反应位点砜基联接两个具有优异双光子性能的荧光基团4-溴-1,8萘酐和苊醌,由于引入的两个荧光结构的能量发生了荧光共振能量转移,导致IQDC-M在识别GSH的过程中,显示出显着的荧光强度变化比(I₅₂₀/I₅₉₂),这使其能够比例模型检测GSH的痕量变化。并且IQDC-M对GSH超灵敏性变化的最低检测限为2.02 nM,其最低检测数值远小于活细胞中内源性GSH含量的1.0‰。更重要的是结构调控后的IQDC-M具有的合适水/油的两亲性（log P）使IQDC-M能够靶向识别发生在癌细胞的线粒体中的痕量改变。因此,以上这些分子特性使IQDC-M成为首次对癌细胞凋亡期间线粒体内GSH痕量改变进行成像和监测的双光子荧光探针分子。（3）设计了一例分子开关（半花菁衍生物,TPP-CY）作为比例荧光探针,用于实时检测活细胞中线粒体膜电位（MMP）的微量变化。为了实现线粒体膜电位的检测,细胞器定位选用三苯基膦:达到靶向定位线粒体的同时,同时影响了分子内“C-O”键实现探针分子的荧光比例检测功能。探针在检测MMP过程中,TPP-CY对于负电位表现出优异的选择性,即在TPP-CY转化为TPP-SP的响应过程中,在几秒内显示出显着的荧光强度变化比(I₅₆₃/I₆₆₃)。此外,TPP-CY具有非常低的细胞毒性（使用浓度为0.23μM）和极高的灵敏度（MMP的最低检测限为-0.16 mV）。因此,TPP-CY可以以优异的选择性和高分辨率精确地监测细胞凋亡过程中亚细胞水平的MMP和线粒体形态的微量变化,并通过亚细胞水平的线粒体形态评估细胞健康,从而在与线粒体疾病有关得化学生物学研究和医学诊断等方面有应用潜能。