生物活性小分子,如活性氧（H₂O₂、ClO^-、.OH、¹O₂等）、活性氮（HNO、NO、ONOO^-、NO₂^-等）、能量物质（ATP）及其它小分子（精胺、金刚烷胺）等在生物体中扮演着至关重要的角色。目前,检测生物活性小分子常用的手段主要包括:高效液相色谱法、电化学法、毛细管电泳法、分光光度法等。这些方法通常存在着操作复杂、成本高、灵敏度低、选择性差等问题。荧光分析法具有操作简单、灵敏度高、选择性好、检测限低、可用于细胞或活体成像等优势。基于生物活性小分子的重要性及荧光分析法的独特优势,本论文分别设计合成了能够特异性识别H₂O₂、HNO、ATP及精胺/金刚烷胺的荧光探针,主要结果如下:1)利用硼酸酯与H₂O₂的特异性反应,设计合成了第一个用于乏氧癌细胞中检测H₂O₂的荧光探针HCyHP。HCyHP可在溶液中实现荧光-比色双模态检测H₂O₂,表现出对H₂O₂的高度特异性,成功实现乏氧癌细胞中检测H₂O₂,并对荷瘤小鼠中的H₂O₂进行特异性活体成像。基于葡萄糖和葡萄糖氧化酶作用生成H₂O₂的机制,探针HCyHP还可应用于检测血清中的葡萄糖。2)设计合成了具有线粒体靶向及近红外发射特性的HNO荧光探针（DCMHNO）,DCMHNO在溶液中由于弱的分子内电荷转移（ICT）效应到其荧光很弱,与HNO反应后生成羟基化合物DCMOH,强的ICT效应使其荧光显著增强,且发射波长在近红外区（700 nm）,有利于降低生物背景荧光干扰,组织穿透力更强。实验结果表明,DCMHNO能够快速与HNO响应,具有较高的灵敏度和特异性,DCMHNO能够在细胞、组织及活体水平对HNO荧光成像。3)设计合成了一种具有聚集诱导发光（Aggregation-induced emission,AIE）特性识别的ATP荧光探针（TPPTPE）。TPPTPE在溶解条件下由于分子中苯环的快速旋转导致能量以非辐射的形式耗散而不发光。TPPTPE可通过静电相互作用以及疏水作用在ATP分子上发生聚集,分子内运动受限,非辐射失活通道被抑制,从而荧光大幅增强。TPPTPE能够在较大的浓度范围内对ATP进行定量检测,并可特异性的对细胞中ATP进行荧光成像。4)利用TPPTPE分子与葫芦脲[n]形成的超分子结构分别构筑了选择性识别精胺和金刚烷胺的荧光探针。基于超分子化学的设计策略有效避免了繁琐和耗时的合成和纯化过程。这种设计策略为其他重要生物分子荧光探针的开发提供新的设计思路。