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生命活动是生物分子、离子和代谢物相互作用的结果。鉴于细胞环境的复杂性,生物分子的原位研究十分困难。近十年来逐步发展起来的用于生命系统中选择性修饰生物分子的相关技术为细胞进程的研究开辟了一个新的途径。生物正交化学正是这些新技术中的典型代表：其可以在生理环境中快速、选择性的标记目标分子而不受其他生命活动相关的功能基团的影响,亦不影响正常的生命活动。经过十几年的发展,生物正交化学已成为生命系统中生物进程研究的常规手段。本论文在大量前人研究的基础上设计并合成了一系列荧光探针,并探索了其在活体内生物分子标记及检测方面的应用。第一章,论文简述了当前适用于生物正交化学的化学反应类型及其在生物进程原位研究方面的应用。目前用于生物检测的荧光物质在使用过程中,尤其是无法使用洗涤步骤的场合,往往存在较强的背景噪音。第二章中,我们设计和合成了一种基于香豆素发色团的fluorogenic荧光探针。该荧光探针能够有效的用于活细胞表面的糖蛋白标记,且即使在不经过洗涤步骤的条件下依旧具有良好的信噪比。另外,该探针还具有透过细胞膜的能力,或可用于细胞内糖蛋白的荧光检测。为了进一步提升fluorogenic荧光探针的荧光性能,第三章中,我们设计并合成了一种基于萘酰亚胺的fluorogenic荧光探针。该荧光探针在CuAAC反应后量子产率达到了0.73,且能对99%以上表面聚糖带有叠氮基团修饰的细胞进行有效标记。最后,第四章中,我们探索了生物正交化学在疾病相关的生物分子检测方面的应用。基于copper-free chemistry及萘酰亚胺发色团经特性修饰后荧光特性可发生转变的特点,我们设计合成了一种新型荧光探针Naph-T。该探针使用copper-free chemistry连接于活细胞唾液酸糖结合物后,随细胞内含巯基化合物浓度的变化表现出明显的荧光变色特性,且能够实现长达36小时的对活细胞内还原型含巯基化合物累积浓度的检测。为疾病的发病机理及其相关生物分子的检测提供了一个新的思路。