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作为荧光探针的一种,有机小分子荧光探针因其优秀的选择性,较高的灵敏度,良好的生物渗透性以及成像的实时性等优点,已经成为检测生物样本中小分子的重要工具。选择已知的或者构建全新的荧光基团,利用已知的或者创新的机制来构建有机小分子荧光探针是目前该方向的主要策略。半胱氨酸(Cysteine,Cys)和二氧化硫(Sulfur dioxide,SO2)是甲硫氨酸(Methionine,Met)代谢过程中的两个重要小分子,且S02是Cys的代谢产物。Cys是人体的条件必需氨基酸和生糖氨基酸,也是生物体内多种物质的合成前体,它可以反应机体的氧化损伤程度。Cys的含量异常可能会导致类风湿性关节炎、帕金森病、阿尔茨海默症、水肿、生长迟缓、肝损伤等疾病。S02不但是重要的大气污染物,而且已经被认为是继硫化氢(Hydrogen sulfide,H2S),一氧化碳(Carbon monoxide,CO),一氧化氮(Nitrogen monoxidum,NO)之后的又一个重要的气体信号分子。它能够维持生物体内氧化还原平衡和硫代谢平衡,调节血液中胰岛素水平,进而降低血压。此外,过度摄入SO2也会导致多种疾病,如肺癌、心肌缺血、中风、脑癌等。因此,开发特异性检测Cys和S02的有机小分子荧光探针,用于生物体内Cys和S02水平的监测,对于生理功能评估与相关疾病预警大有裨益。基于当前研究热点、文献调研情况、实验室研究基础以及自身兴趣所在,我们构建了两个全新的有机小分子荧光探针QP-1和NJUXJ-1,分别用以检测Cys和S02。QP-1首次使用喹喔啉酮衍生物作为荧光报告基团,其识别机制是Cys与丙烯酸酯特异性的加成环化反应;NJUXJ-1的荧光基团为本实验室研究较为深入的N,N-二甲基喹琳6-胺(N,N-dimethylquinolin-6-amine),其识别机制为SO2与碳碳双键之间特异性的迈克尔加成反应。通过测定QP-1和NJUXJ-1的吸收光谱、发射光谱、反应时间、pH稳定性、灵敏性、选择性、干扰性以及荧光量子产率,我们对QP-1和NJUXJ-1进行了全面的体外性能评估。根据体外评估结果,我们进行了初步的安全评估并进一步开展了应用评估。QP-1在与Cys反应之后,荧光光谱会发生70nm的红移;有效排除了其他小分子生物硫醇(Hcy,GSH)的干扰,实现了对HeLa细胞中外源和内源Cys的定性检测并被成功运用于大鼠尿液模型;QP-1最大的创新点是其具有全新的荧光母核,这有助于开发具有独特荧光性能的有机小分子荧光探针,进一步提高探针的实用性。NJUXJ-1在与S02反应之后,荧光光谱会发生80nm的蓝移,且荧光强度会增强逾60倍;它具有优秀的检测限(13 nM)并且实现了对HeLa细胞中外源S02的定量检测和内源SO2的定性检测;最具吸引力的是NJUXJ-1的快速细胞渗透性(2min),这一特性大大缩短了细胞成像所需要的孵育时间,有效减小了背景干扰,为在细胞内监测SO2水平以及更深层次的应用提供了一种更加便捷的方式。这两种工具的开发为生物体内硫代谢的系统性研究提供了潜在的方法,对相关领域的发展具有重要价值。