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荧光探针是指荧光性质(如荧光强度、荧光寿命、激发和发射波长)受到周围环境影响、特定刺激、结合被分析物而发生特异性改变(荧光探针颜色变化、荧光强度变化、紫外吸收光谱变化)的一类荧光物质。荧光探针包括有机染料、发光纳米颗粒、荧光蛋白等,已经被广泛研究并被应用于环境检测、有毒有害物质分析检测、生物化学检测、肿瘤成像与细胞成像等领域。硫化氢化学性质活泼,具有还原性、亲核性、络合金属离子等性质。硫离子S2-作为重要的信号分子参与了许多疾病过程,是衡量中枢神经系统疾病的重要指标。实时监测细胞内H2S含量的变化具有重要意义。同时纳米载体已经成为输送基因药物到细胞内靶点位置的重要工具。但传统的基因载体基于阳离子脂质体或聚合物而设计,其基因治疗的效果与毒性由于进入体内之后难以观察到而导致评价过程过于复杂。为实现示踪基因释放过程,荧光纳米载体被证明是一种行之有效的工具。本论文主要利用新型有机荧光探针与纳米荧光探针分别实现了细胞内的荧光检测与基因释放的实时示踪,基于其研究现状(第一章),取得成果如下：1、第二章发展了一种具有高灵敏度、良好选择性的识别硫化氢的方法,成功应用于细胞成像,并对识别机理进行探讨,该机理与文献报道的机理完全不同,为荧光探针设计提供了理论指导。硫化氢的检测对于化工生产、生命分析有着重要意义,发展相应的灵敏检测方法至关重要。作为一种新型的有机荧光分子,1-氧-1H-非那烯-2,3-二腈(1-oxo-1H-phenalene-2,3-dicarbonitrile, OPD),具有优异的光谱与化学性质。首先利用萘并乙二酮与丙二腈反应合成OPD荧光探针,由于分子内氰基的强吸电子作用,OPD荧光探针在576 nm处呈现弱荧光,但在硫化氢的还原作用下,OPD荧光探针发生加成、结构重排、氧化、水解、消去反应,最终生成强荧光产物(Em=576 nm),并伴随着溶液颜色由亮黄色变为紫红色,检测限52 nM,线性范围1.0-30 μM。利用核磁与质谱,确定了OPD荧光探针与硫离子反应后的荧光产物结构,并进一步探究该反应型荧光探针荧光变化的机理,通过一系列实验验证水分子、空气、OH-、S2-、有机溶剂等因素的作用,推测其反应发生过程,提出一种新型反应机理,并在Tris-HCl缓冲溶液中优化pH等测试条件,成功实现OPD荧光探针在HeLa细胞内硫离子的检测,为荧光探针设计提供了理论指导。2、第三章成功发展了一种可以实时示踪基因释放的非病毒载体构筑方法,并成功实现HeLa细胞内荧光示踪质粒DNA释放。基因治疗在癌症治疗方面有着举足轻重的作用,但是基因的负载、运输、转染效率、安全问题、实时示踪仍然是研究的难点。首先合成了荧光稳定的LaF3：Ce3+-Tb3+荧光纳米颗粒作为发光中心,采用自由基聚合的方法合成的正电性高分子聚合物聚-甲基丙烯酸甲酯-甲基咪唑(MMA-AMIM)作为载体,利用亲水性功能高分子聚合物聚乙二醇-乳酸羟基乙酸(PEG-PLGA)为辅助分子,通过简单的超声乳化方法,构筑的LaF3：Ce3+-Tb3+@MMA-AMIM-PEG-PLGA纳米复合球,形貌均一、生物相容性好,实现了HeLa细胞内质粒DNA释放的实时示踪。LaF3：Ce3+-Tb3+@MMA-AMIM-PEG-PLGA纳米复合球载体既能负载负电基因又具有良好的水溶液分散性。并且质粒DNA未进入细胞核前无荧光,进入细胞核内表达出的红色荧光蛋白由于发出红光可以实时指示基因释放的位置,而发绿色荧光的LaF3：Ce3+-Tb3+荧光纳米颗粒则可以作为纳米载体的内标,一直指示纳米载体从进入细胞到细胞核的整个过程。该工作为实时示踪基因释放从而达到提高基因治疗效率提供了理论指导。