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作为细胞内一种常见的生理活动,氧化应激（oxidative stress）一直充当着至为重要的角色。氧化应激被定义为细胞内产生活性氧（reactive oxygen species,ROS）和抗氧化防御之间平衡中的干扰。随着对于氧化应激的认识不断增长,人们发现其在细胞正常活动中的发挥着重要作用。适量产生的ROS有利于细胞的增殖分化,免疫功能的提升,以及细胞之间的信号传导等。然而,一旦这种氧化应激平衡被打破,例如ROS的爆发,将会逐渐导致严重的氧化损伤,加剧细胞凋亡甚至坏死,从而进一步引发一系列疾病,特别是神经退行性疾病如阿尔兹海默症,帕金森症等与相应的过程密切相关。因此,关于氧化应激相关物质的分析检测是研究这一过程的重要途径,也是进一步探究众多生理与病理过程基础之一。然而,尽管目前越来越多人致力于上述研究,也有很多具有重大意义的发现和突破,但这其中始终面临着固有的挑战:1,细胞内氧化应激相关物质繁多,相互之间联系密切,对于单一物质的检测显然不能满足要求。同时,又由于它们之间的不均匀分布,混合探针难以做到相同位置的精准分析;2,细胞内氧化应激过程主要在线粒体中进行,因此需要进一步开发出能够靶向线粒体探针;3,氧化应激相关的物质浓度处于密切动态变化之中,实时监测相应变化有利于准确地理解整个过程,这就意味着探针必须具有高度选择性的,准确性的检测能力。因此,综上所述,发展出具有能够具有多检测,高选择性,准确度高的单一探针对解析氧化应激过程相关分子动态变化和机制研究具有重大意义!目前已报道多种方法用于此类物质的检测与分析,其中荧光法因具有高时空分辨率,广泛应用于细胞乃至活体内相关物质的成像。相比普通荧光成像技术,荧光寿命成像具有更显著的优势,这是由于荧光成像依赖的信号是荧光强度,容易受到激发光强度,探针浓度以及光漂白的干扰。而荧光寿命成像所展示的是荧光寿命的变化,主要取决于探针响应前后本身性质的改变,与激发光强度,样品浓度等无关,更不会受到光漂白的影响。结合欲解决的关键性问题和能达到的技术优势,本人硕士论文主要开展了以下两个方面的工作:（1）设计并合成单分子靶向线粒体荧光探针（TFP）可用于同时检测神经元线粒体内的过氧化氢（H2O2）和三磷酸腺苷（ATP）。该探针具有高度选择性,高准确度响应,而且其对于两种物质的检测之间未发生荧光共振能量转移（fluorescence resonance energy transfer,FRET）和交叉干扰,从而进一步实现了神经元线粒体内H2O2和ATP的实时荧光寿命成像与定量分析。研究发现线粒体内H2O2与ATP联系密切,同时在不同时间的超氧阴离子(O2·–)刺激下,线粒体内两者含量协同变化,而且随着刺激时间的增加,最终导致不可恢复的氧化损伤,诱导神经元死亡。（2）构建DNA四面体荧光纳米探针用于神经元线粒体内pH,次氯酸（HClO）,谷胱甘肽（GSH）三物质同时检测。通过将三个对待检测物质特异性响应的分子,以及线粒体靶向分子TPP共同修饰到DNA单链上,最后通过杂交退火形成DNA四面体,以构成整体的复合纳米探针。同时由于DNA链长为12nm,因此三个荧光分子之间并不会发生FRET。另一方面,三个荧光探针的荧光寿命变化区间均能很好地区分开来,可以完成独立的检测。目前只完成了相关体外数据如三种探针的荧光光谱性质,检测的准确性,选择性,以及DNA纳米复合探针的合成。后续工作将主要围绕复合探针对三种物质的同时检测能力,细胞毒性探究,线粒体靶向能力探究,氧化应激状态下神经元成像实验等进行展开。