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活性氧(ROS)和活性氮(RNS)在许多生理和病理过程中都起着极其重要的作用，例如:信号转导，癌变，炎症，缺血再灌注损伤和神经退行性紊乱等。对生物体系中的活性氧和活性氮灵敏且选择性地检测，对研究它们在生命过程中的角色和影响有着重要意义。荧光光谱法，由于它具有实时、无损监测等优点，被视为目前检测ROS/RNS的各种方法中最为可行的检测技术。在本论文中，设计合成了一系列新型的ROS和RNS小分子荧光探针，并对它们在水溶液中或活细胞中的应用做了详细的研究。具体内容如下:
1.以喹啉为主体，设计合成出了一种新型的比率测量型H2O2荧光探针DQHP，并对它的性质做了详尽的研究。该探针分子通过荧光信号的增强或者荧光发射波长的比率型变化，达到检测过氧化氢的目的。此外，该探针分子具有良好的化学选择性，并且其识别效果在生理范围内不受pH的影响。这些优点使DQHP在水溶液和生物体系中H2O2的检测方面具有可观前景。
2.设计合成出了一种能够在表面活性剂的缓冲溶液中快速有效的识别过氧化氢(H2O2)的新型比率测量型荧光探针分子D-BBO。该探针分子在阳离子表面活性剂CTAB溶液中能够与CTAB分子发生相互作用，从而产生阳离子聚集。而这种聚集形成的阻离子囊泡可以有效的加速催化H2O2与硼酸酯之间的反应，进而实现对过氧化氢的快速识别。此外，硼酸酯离去后的产物分子所特有的聚集荧光增强(AIEE)现象和激发态分子内质子转移（ESIPT）荧光发射特性，使识别过程伴随有明显的荧光发射波长红移的改变。因此，在聚集诱导荧光比率变化的基础上，建立了一种快速检测H2O2的新方法。相信这种新方法在便捷有效的设计其它反应型的探针方面也具有极高的价值。
3.基于一个特殊的氧化硒分子内消除反应，提出了一种新型的次氯酸荧光探针设计理念，并且根据这个理念成功合成出探针分子CM1和CM2。探针分子CM1具有灵敏性高，选择性好，响应速度快，且不受pH影响等优点，被成功应用到水溶液和细胞体系内次氯酸盐的检测。尤为重要的是，CM1还成功监测了早幼粒细胞和巨噬细胞内内源性次氯酸的产生过程。相信这种新型的设计理念可以成为一种通用的设计方法，根据这个方法，将现有的市售荧光染料经过简单修饰，便可得到理想的次氯酸探针。
4.基于光诱导电子转移机理(PET)，设计合成出新型一氧化氮双光子探针AD1，并对它在生物体内外的应用做了研究。由于分子内的PET过程，探针分子AD1自身的荧光非常的弱。但是一旦加入NO气体或者是NO供体SNOC之后，由于探针分子与NO反应生成三唑类化合物，其分子内的PET过程受到抑制，从而荧光马上呈现出剧烈的增强。此外，还借助单光子(OPM)和双光子(TPM)显微成像技术，成功地实现了AD1在活细胞中对NO产生和积累过程的监测。