近年来,由于其高灵敏度和高选择性、高时空分辨率、易于操作性等优势,荧光传感器一直被认为是在生物体内进行传感和成像的有力工具。尤其是能同时分析多种物质的多功能荧光传感器逐渐被开发应用于监测微妙生命活动,为揭示各生物分子相互作用机制和代谢途径提供了高效分析平台。作为哺乳动物细胞内最丰富的生物硫醇和主要抗氧化剂和解毒剂,谷胱甘肽（GSH）在生物催化、蛋白质合成、细胞新陈代谢、信号转导以及维持氧化还原稳态等许多生理过程中扮演着重要角色,其含量和代谢异常也与神经性病变、肝损伤、心脑血管疾病、阿尔茨海默症等人类慢性疾病相关。然而,目前用于研究GSH性质的多功能荧光传感器鲜少被报道。由于线粒体是活性硫（RRS）跟活性氧物质（ROS）的主要来源场所,本文以探究线粒体内GSH对过量过氧亚硝酰阴离子（ONOO-）诱发的氧化应激的调节和其转化为二氧化硫（SO2）的代谢过程以及其与高浓度SO2毒害机制的复杂关系为研究目的,通过刚性哌嗪桥联两个荧光团并整合两个识别基团,设计合成了两个靶向线粒体的多功能荧光传感器,并就它们对GSH和ONOO-/SO2的传感性能进行探讨。具体内容如下:第一章,我们简要介绍了荧光传感器的构造和识别机理以及多功能荧光传感器的研究进展。基于探究GSH性质多功能荧光传感器的研究现状以及目前面临的难点提出本论文的研究目的和详细内容。第二章,我们分别选取香豆素衍生物和苯并吡喃鎓衍生物作为供体、受体荧光团,以氧鎓正离子和碳碳双键（-C=O）分别为GSH和ONOO-的识别基团,开发了一个靶向线粒体的多功能荧光传感器Mito-CM-CD。在生理p H范围内,该传感器对GSH和ONOO-均具有较高的灵敏度、较快的响应和优越的选择性。在GSH（或ONOO-）存在下,随着ONOO-（或GSH）的加入,传感器产生红色荧光淬灭而蓝色荧光增强的蓝移信号（或蓝色荧光增强信号）,从而可以实现GSH和ONOO-的连续检测。此外,通过三通道荧光成像,Mito-CM-CD已经成功应用于活细胞线粒体内GSH和ONOO-的可视化研究和药物诱导性细胞内GSH和ONOO-含量的动态监测。第三章,我们分别以具有双光子（TP）吸收性质的萘酰亚胺衍生物和苯并吡喃鎓衍生物为供体、受体荧光团,以亚砜官能团（-S=O）为淬灭基团和GSH的结合位点,以-C=C为SO2的响应位点,构建了一个TP多功能荧光传感器Mito-Na-BP。单波长激发下,该传感器分别以红、绿色荧光都增强和红色荧光淬灭的信号模式分别响应GSH和SO2。在GSH存在下,Mito-Na-BP对SO2产生明显的荧光蓝移信号。结合SO2后,该传感器又可以通过绿色荧光强度的显著变化继续响应GSH。鉴于其优异的光谱响应性能（灵敏度高、选择性好和响应速率较快）,Mito-Na-BP已经通过TP成像成功揭示GSH与超过量SO2毒理机制的密切相关性以及实时可视化GSH转化为SO2的代谢过程。第四部分,总结与展望,包括对本论文研究结果的总结和本论文中制备的两个多功能荧光传感器的优势与劣势的归纳分析,以及对多功能荧光传感器发展的展望。