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生物硫醇小分子主要包括半胱氨酸(Cysteine,Cys)、同型半胱氨酸(Homocysteine,Hcy)和谷胱甘肽(Glutathione,GSH)等。它们在蛋白质合成、体内毒素排除、维持机体正常的免疫功能和调节细胞内氧化还原平衡等方面发挥着不可或缺的作用。生物硫醇含量过高或者过低都会诱发多种疾病。因此,检测生物体内硫醇的浓度水平对于疾病的预防和诊断、生理病理等方面的研究具有重要科学意义。相比于电化学分析、表面增强拉曼散射(SERS)和高效液相色谱(HPLC)等传统检测方法,荧光探针及其成像技术以选择性好、灵敏度高、响应快速等优点受到广泛的关注。近红外荧光探针(650-900 nm)具有发光波长长、组织穿透能力强、细胞损伤更低等特点,使其成为近年来研究热点之一。本文首先以罗丹明(Rhodamine)为基本结构,通过引入费舍尔醛延长共轭体系,以及开闭环反应打开和阻断共轭体系,设计合成了专一识别GSH的水溶性近红外荧光探针NIR-GP。通过探针与GSH、Cys、Hcy等各种氨基酸及HS-、S2-含硫离子的紫外-可见吸收及荧光光谱研究表明,NIR-GP能够在纯水中专一性地识别GSH,其最大荧光发射波长为745 nm。浓度影响、抗干扰以及光稳定性等实验表明该探针对GSH具有良好的检测能力,其检测限为2.5 μM。同时,NIR-GP具有低细胞毒性和良好的生物相容性,能够对细胞内源性GSH进行识别和荧光成像。上述研究中我们发现,NIR-GP能够在纯水中专一性地识别GSH,但是Stokes位移较小。为了进一步提高探针的水溶性以及增大Stokes位移,我们以氧杂蒽衍生物为母体,丙烯酸酯为识别基团,通过引入水溶性的吗啉-吡啶盐结构,设计合成了专一识别Cys的水溶性近红外荧光探针NIR-Py。通过探针与GSH、Cys、Hcy等各种氨基酸及HS-、S2-含硫离子的紫外-可见吸收及荧光光谱研究表明,NIR-Py能够在PBS(10 mM)中专一性地识别Cys,其荧光发射波长675 nm,Stokes位移可达149 nm。浓度影响和抗干扰实验表明该探针对Cys具有良好的检测能力,其检测限为0.96 μM。通过薄层色谱、高分辨质谱以及紫外和荧光光谱等数据的分析,该荧光探针的识别机理应为Cys与探针加成、环化反应后释放荧光团,从而产生分子内电子转移(ICT)过程以实现荧光增强。同时,NIR-Py具有低细胞毒性和良好的生物相容性,能够进行细胞内的Cys荧光成像。第三部分工作我们基于激发态分子内质子转移(Excited-state Intermolecular Proton Transfer,ESIPT)机理,以2-(2’-羟基苯基)苯并噻唑为母体,引入吗啉-吡啶盐结构,设计并合成了能够同时对谷胱甘肽、精氨酸(Arginine,Arg)进行识别的荧光探针HBT-Py。通过探针与GSH、Cys、Hcy、Arg等各种氨基酸及HS-、S2-含硫离子的紫外-可见吸收及荧光光谱研究表明,HBT-Py能够在完全相同的测试条件下专一性地识别GSH和Arg。以400 nm为激发波长时,其识别GSH和Arg时的荧光发射波长分别为684 nm(近红外)和469 nm(蓝光),Stokes位移分别为284 nm和69 nm。浓度影响、抗干扰实验表明该探针对GSH和Arg具有良好的检测能力,其检测限分别为0.24μ 和2.2 μM。通过薄层色谱、高分辨质谱以及紫外和荧光光谱等数据的分析,该荧光探针的识别GSH机理应为GSH与探针加成、环化反应后释放荧光团,从而产生ESIPT过程以实现其在近红外区域的荧光增强;对于Arg的识别机理应为Arg与酯基发生亲核取代后所释放的氧负离子与Arg形成氢键,从而阻断ESIPT(ESIPT-blocked)过程而在蓝光区域荧光增强。