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基于小分子荧光探针的荧光成像技术广泛地应用在生物学、医学、诊断学等学科领域。但该技术在很大程度上受制于小分子荧光探针的性质,如发光效率、光稳定性、选择性、灵敏性、生物兼容性等。近年来,科学家尝试着通过各种方法改善小分子荧光探针的化学和光学性能,如调整探针的吸收/发射波长到近红外区域(650-900 nm)、设计特异性识别位点提高探针的选择性、灵敏性,引入亲水、亲脂性基团增加探针的水溶性和脂溶性,并将大量荧光探针用于生物相关性分子、离子、酶等的检测中。其中,由于次氯酸/次氯酸根及铜离子在维持细胞正常生理功能中扮演着重要的角色而引起了广泛关注。但到目前为止,受探针自身性质的制约和复杂生物环境的影响,人们仍然无法完全了解ClO~-或铜离子在细胞,尤其是在细胞器层次所涉及的生理、病理过程中的作用。因此,设计具有细胞器靶向检测功能的小分子荧光探针用于监测ClO~-或铜离子在细胞中的行为具有很大的意义。针对ClO~-或铜离子荧光探针设计及检测中存在的一些关键问题,本论文开展了长波长荧光染料的设计合成、模型探针的设计合成、细胞器靶向定位检测探针的设计合成以及荧光成像检测等工作,具体研究内容如下:制备出含Rhodol与吩噻嗪结构单元的杂化近红外荧光染料PtzRhlMe,并在其结构上进行修饰得到具有线粒体靶向定位功能的近红外染料PtzRhlMe-Mito。利用分子中内置的反应位点,探针PtzRhlMe和PtzRhlMe-Mito能在PBS-乙醇体系中实现了对ClO~-的比率荧光检测,并具有高选择性、高灵敏性和快速响应等优点。探针能用于活细胞外源ClO~-的比率成像检测,同时也通过荧光成像检测了应激细胞內源的ClO~-。尤其是,PtzRhlMe-Mito能成功标记细胞线粒体并通过比率成像监测其中ClO~-浓度的变化,成功构建了线粒体靶向检测功能的ClO~-荧光探针模型。基于此,利用SNAr H反应继续合成含罗丹明与吩噻嗪结构单元的杂化近红外荧光染料Ptz RhEt,并对其结构修饰得到具有线粒体靶向定位功能的近红外探针PtzRhEt-Mito。基于类似识别机理,探针PtzRh Et和PtzRhEt-Mito能在PBS-乙腈(乙醇)溶液中实现对ClO~-的快速、高选择性、高灵敏性比率荧光检测。其中,探针PtzRhEt能用于外源和内源ClO~-的比率成像检测,探针Ptz RhEt-Mito能成功标记细胞线粒体并通过比率成像检测ClO~-。研究不但为了解ClO~-在细胞内的生理、病理功能提供了有用的工具,还为长波荧光染料的合成提供了新的思路。通过缩合反应合成了含萘香豆素与罗丹明结构单元的杂化长波长荧光染料NCR,并对其结构修饰得到铜离子模型探针NCR-Cu。利用铜离子催化的罗丹明螺环内酰胺水解开环反应,探针NCR-Cu在HEPES-乙腈溶液中实现了对铜离子的选择性“turn-on”荧光响应并可用于活细胞内铜离子的荧光成像检测,构建了铜离子模型探针。在此模型探针基础上,通过SNAr H反应合成了含吩恶嗪与罗丹明结构单元的杂化近红外铜离子荧光探针PhxRh-Golgi。探针PhxRh-Golgi在HEPES-乙腈溶液中实现了对铜离子的选择性“turn-on”荧光响应。细胞成像实验表明,探针PhxRh-Golgi可实现活细胞内铜离子的荧光成像检测。共定位细胞成像实验表明,探针可靶向检测细胞高尔基体内的铜离子,证实细胞内过量的铜离子在高尔基体内的存在。通过引入吸电子基进行对Fluoran染料修饰,成功调控了其分子内PET机制有关的荧光特性。在此基础上,制备出荧光探针ABAF-Cu和AF-ClO。其中,探针ABAF-Cu在HEPES-乙腈溶液中实现了对铜离子的选择性“turn-on”荧光响应,并通过荧光成像成功检测了活细胞内铜离子。AF-ClO在PBS-乙醇溶液中实现了对ClO~-的选择性“turn-on”荧光响应,并实现了对活细胞内ClO~-的荧光成像检测。研究开辟了Fluoran染料在荧光探针领域的应用。