线粒体作为真核细胞内重要而有趣的细胞器,在各种生理过程中起着关键作用。线粒体的主要功能是生产能量,因此被称为细胞动力室。线粒体需要适当的微环境和生物分子水平来保证其正常功能,而生物分子或微环境突变的稳态崩溃会导致线粒体功能失调,其异常与阿尔茨海默病（AD）和其他疾病密切相关。因此,检测线粒体中的微环境和生物分子的变化是非常重要的。本文设计合成了三种线粒体定位的荧光探针,研究了它们的光学性质,分别用于检测线粒体SO₂和粘度、HClO和H₂O₂,并进行生物成像应用。（1）以苯并噻唑荧光平台设计合成了一种新型的线粒体靶向的双检测荧光探针Mito-VBe,用于线粒体粘度和SO₂的多重成像。探针Mito-VBe通过亲核加成机制对SO₂/HSO₃^?具有较高的选择性和比率荧光响应。并且探针响应前后颜色变化明显,可实现裸眼检测。该探针对探讨线粒体SO₂与粘度之间的关系具有潜在应用。（2）基于荧光共振能量转移（FRET）机制,设计合成了一种新的用于HClO检测的比率型荧光探针（CMS）。探针CMS具有150 nm的大斯托克斯位移,可以大大降低荧光的自吸收,并在各种相关分析物中表现出较高选择性。此外,CMS对HClO的响应时间小于12 s,显示出良好的时间分辨率。CMS对HClO的检测限为0.2657μM。此外,共染色实验表明,CMS具有良好的线粒体靶向能力,可成功应用于HeLa细胞线粒体中HClO的成像。（3）以香豆素为荧光平台,设计合成了一种新型线粒体靶向H₂O₂荧光探针。该探针对H₂O₂的检测具有较高的敏感性、选择性和定量性。另外,本文还设计了一种用于溶酶体半胱氨酸特异性检测的荧光探针。该探针利用丙烯酸酯部分作为硫醇识别位点。用Cys（半胱氨酸）处理后,探针表现出明显的比率型荧光响应,荧光滴定得到的检测限为0.1256μM。该探针对Cys具有较高的选择性和灵敏度。此外,该探针具有较低的细胞毒性,可以成功地定位于溶酶体中,成功用于活细胞中Cys的成像。因此,该探针具有研究生物系统中Cys作用的潜在应用。本文以季铵盐为线粒体靶向基团计合成了三类荧光探针,并通过核磁共振波谱(¹H NMR、¹³C NMR)、高分辨质谱（HRMS）和红外光谱（IR）对分子进行了表征。对三类探针进行了紫外及荧光光学性质的研究。另外,对探针Mito-VBe和CMS进行了细胞毒性及线粒体定位测试,结果表明这两类探针细胞毒性较小且可成功定位于线粒体。探针Mito-VBe和CMS分别对细胞线粒体内HSO₃^?和HClO的成功测定,表明探针具有潜在的生物医学应用价值。