生物新陈代谢过程中产生众多的活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS),包括超氧阴离子自由基(O2-.)、过氧化氢(H2O2)、羟基自由基(·OH)、一氧化氮(NO)、过氧亚硝基(ONOO-)等,这些自由基与癌症、机体炎症、组织过氧化、蛋白质交联变性、DNA损伤和信号传导等有直接的关系,被统一称为对机体的氧化胁迫。然而,由于生物体内活性氧的寿命非常短,导致通常情况下稳态浓度极低,而短寿命和低浓度意味着活性氧的测定非常困难。目前测定自由基的方法主要有电子自旋共振法(ESR)、高效液相色谱法(HPLC)、化学发光法(CL)等,相比于以上方法,荧光法结合共聚焦显微成像技术和微区光谱检测技术,是唯一使活细胞和组织内的ROS“实时、可见、定量”的检测方法,,而在600-1000nm的近红外光区,生物基体光吸收或荧光强度很小,且致密介质(如组织)的光散射大大降低,激发光的穿透性更大,因而自发荧光的背景干扰大大降低,且能量较低减少光照对细胞的损伤,所以近红外荧光探针拥有良好的发展前景。因此,设计合成选择性好,灵敏度高,具有生物兼容性的红外、近红外荧光探针用来检测活细胞和组织内的活性氧是生命化学学科发展中具有挑战性的前沿课题之一。本论文基于活性氧引起探针荧光增强的机理,开展了三方面的工作。(一)设计合成了新型近红外顺磁性自旋标记氮氧自由基荧光探针Cy.7.TEMPO,基于非氧化机理对羟基自由基进行检测,并利用激光共聚焦成像技术对细胞内羟基自由基进行显像。(二)设计合成了2-苯乙烯基苯并噻唑啉荧光探针,选择性检测模拟生物体系内的超氧阴离子自由基,并实现人肺癌细胞内的超氧阴离子自由基的荧光成像,为医学临床上监测病变组织内超氧阴离子自由基提供了新方法。(三)以香豆素为探针用荧光方法来检测羟基自由基,是用于检测羟基自由基的一种简单、准确、灵敏的方法。方法被应用于研究海产品和茶叶对羟基自由基的清除能力,且对广范围筛选抗氧化性食品有着重要的应用。