生物体内存在着大量的小分子活性物种,如活性氧、活性氮和活性硫等,它们具有非常重要的生理作用。而考虑到生物体生理调控过程的高度复杂性,这些活性物种中两者甚至多者之间也可能存在必要的协同作用。荧光探针在这些活性物种的研究中正逐步显现出其独特的优势。因此,在设计单一活性物种响应的高选择性、高灵敏度的的荧光探针分子的同时,发展两种活性物种交互响应的荧光探针分子对于这些活性物种参与的调控研究就显得十分必要了。此外,针对于体内某些活性物种的化学干预调控,在肿瘤治疗上也有着积极的意义。光动力治疗是一种利用光敏剂分子在光激发下,诱导癌细胞内单线态氧的大量产生,从而达到治疗目的的肿瘤治疗手段。设计新型、高效、靶向性强的光敏剂对于推动光动力治疗的发展十分有益。对此,本论文工作主要分为以下四个部分:第一部分,采用一苯并噻二唑为母核的“把手”分子,研究了其对H2O2-H2S交互响应过程。超高液相色谱分析发现该响应过程十分高效,最终生成一种结构明确的荧光产物。对反应机制的研究发现,过程可通过活性硫自由基介导的分子内氧化还原迅速完成。此外,针对“把手”分子的靶向三苯基膦盐修饰,设计合成了首个具有线粒体靶向的H2O2-H2S交互响应的荧光探针分子并对细胞线粒体内共存的H2O2和H2S分子实现了荧光成像研究。第二部分,将上述具有H202-H2S交互响应的“把手”分子通过炔键连接至罗丹明分子上,构建了一种响应更灵敏、荧光效率更高的H2O2-H2S交互响应荧光探针。理论计算表明该探针荧光响应过程是通过高效的跨键能量转移机制实现的。设计的探针小分子具有斯托克斯位移大(170 nm)、响应选择性高、生物相容性好等诸多优点。激光共聚焦成像观察发现,该探针分子同样具备高效的线粒体靶向性,同时可实现对线粒体内低浓度的H202和H2S分子交互荧光响应。第三部分,设计并合成了一种新型基于S-烷基硫代氨基甲酸酯氧化水解的次氯酸荧光探针。由于该探针分子合成使用的亚甲基蓝荧光团,处于S-烷基硫代酯锁定的还原态,因此探针分子本身没有近红外吸收和发射。当与次氯酸作用后,硫酯键发生氧化水解,亚甲基蓝释放出来,整个过程呈现出高达1700倍的荧光增幅响应。此外,探针分子表现出十分优秀的选择性。除了不受体内常见的其他的活性氧物种、活性氮物种、氨基酸、巯基化合物、离子等干扰外,探针分子对重金属离子如Hg2+、Ag+、Pb2+等也表现出很强的惰性。通过in vitro成像实验也表明,设计的探针分子对细胞内外源性或内源性次氯酸表现出很高的荧光响应能力。第四部分,基于细胞内单线态氧的化学干预调控,设计合成了一种新型的三苯基膦盐修饰的D-A-D型共轭寡聚物光敏剂分子,并将其成功的运用于线粒体靶向的光动力治疗中。该光敏剂分子具有较好的水溶性和较高的单线态氧量子产率(0.64)。同时,在HeLa细胞中,表现出良好的线粒体靶向性。在细胞毒性测试中,发现该分子显示出很低的暗毒性。相反,正常氧浓度和乏氧(5%O2)下,以非常低的光功率下(16 mW/cm2)光照3-5分钟,便可高达95%左右的细胞杀伤能力。此外,光敏剂分子也表现出良好的双光子-成像及光动力效果。这些突出效果,也表明该类型的光敏剂具有广泛的应用前景。