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半胱氨酸（Cysteine,Cys）是唯一拥有还原性巯基的氨基酸,它可由体内的蛋氨酸（Methionine,Met,人体必需氨基酸）转化而来,也可与胱氨酸（Cystine,Cys2）互相转化。在动物细胞中,Cys参与了解毒、代谢和氧化还原调节等多种重要的生理过程,其在生物体中的浓度异常与癌症、心脑血管等多种疾病的发病机制相关。因此,对细胞内Cys的浓度变化和分布进行特异性半定量分析对于其相关疾病的发病机制研究具有一定的指导意义。本论文利用荧光探针在活细胞中对目标物质的非侵入性标记检测的独特优势,设计、合成了系列功能化荧光染料,并将其应用于细胞质、细胞线粒体以及癌细胞中Cys的特异性荧光检测。具体研究工作如下:1.以丙烯酰基作为Cys的特异性反应位点修饰萘并荧光素合成了荧光探针NFA。NFA中羧基的引入有效地改善了现有Cys荧光探针普遍存在的水溶性差的问题,其在PBS中能够与Cys特异性反应并表现出发射波长为545 nm的增强型荧光响应,这使得我们能够在PBS和细胞质环境中实现对Cys的荧光检测。该检测过程是基于Cys中特异的巯基乙胺与丙烯酰基发生串联式亲核反应后最终释放萘并荧光素,从而引起荧光信号的改变。此外,羧基的引入为该探针的进一步修饰提供了切入点。2.在上述工作基础上,通过合成不对称荧光素衍生物,并在其中分别引入丙烯酰基作为Cys的特异性反应位点、生物素作为癌细胞的靶向基团,得到了能够靶向标记癌细胞中Cys的荧光探针AC。该探针在PBS中与Cys反应并表现出发射波长为550nm的增强型荧光响应（荧光强度增强115倍）,其对Cys的检出限为0.307μM。利用该探针,我们能够在孵育有HeLa和RAW264.7细胞的培养皿中选择性地对HeLa细胞进行染色。该探针为Cys在癌细胞中与正常细胞中的浓度变化研究提供了有力工具。3.线粒体不仅是细胞中的能量工厂,也是氧化应激的起始单元。为了探究Cys在细胞氧化还原水平调控中的作用,以季膦盐作为细胞线粒体的靶向基团合成了探针Mito-1,用于线粒体中Cys的标记检测。Mito-1中α,β-不饱和酮作为反应位点能够在类线粒体的弱碱性（PB,pH 8.0）环境中与Cys发生特异的亲核加成反应,引起体系在498 nm处荧光强度增强。该探针能够对细胞线粒体中Cys的浓度变化进行半定量荧光分析,为进一步了解线粒体中Cys水平与疾病的相关性提供了手段。