食品是人类生存的最基本保障,食品安全问题与个人的健康问题息息相关。近年来,食品添加剂的非法或超标使用、乳制品中三聚氰胺问题、塑化剂残留超标、抗生素和激素滥用等食品问题层出不穷。光谱包含了物质丰富的物理化学信息,光谱分析技术由于其快速、简便、无损、高效的分析特点,被广泛应用于环境监测、食品检测、化学分析、生命科学等领域的研究。在所有光谱检测技术中,荧光探针技术除了有光谱分析法灵敏度高、使用方便、成本低等优点外,它还具有高时空分辨能力的特点,这使得荧光探针技术不仅可以在体外对分析物进行定性定量检出,并且借助于激光共聚焦扫描显微技术,可在细胞、活体中对被检测物可视化成像。通过摄入含天然抗肿瘤成分的食品,发挥抗肿瘤活性物质在抑制肿瘤发生、引起肿瘤细胞凋亡或者改善肿瘤微环境等方面的作用,是目前从事食品营养研究人员研究的课题之一。但是,科研人员在评定抗肿瘤活性物质抗肿瘤效果时,需要对各种复杂指标的测定,这导致了结论的不可靠性,结果易受主观因素影响。因此,利用简单可靠的手段评价肿瘤微环境改善的状况显得格外必要,结合荧光探针技术“实时示踪、在线、可视化成像”的特点,使得该方法为肿瘤缺氧检测开辟了新的研究思路。本研究的主要结果如下:1)设计合成了一种新型近红外荧光探针,并将其应用于食品中过氧化苯甲酰的检测,由于其优良的分析性能可用于体内及体外对于过氧化苯甲酰的检测。以近红外半花菁染料作为分子内质子转移荧光骨架,通过醚键与邻位取代的苯硼酸酯(识别基团)连接合成探针。探针与过氧化苯甲酰反应会导致苯硼酸频哪酯的氧化,继而发生电子重排,最终导致荧光团重新释放。探针具有高选择性和高灵敏性,且具有近红外分析波长(>700 nm)。更重要的是,该探针具有细胞膜透性,并已成功地应用于Hela细胞和斑马鱼体内对过氧化苯甲酰的可视化检测。2)设计了一种基于近红外荧光探针PF用于饮用水和白粉中氟离子(F-)的检测以及氟离子在生物体内可视化成像。该探针不仅具有比率型荧光响应的特点,而且两个波长均处于近红外波段发射范围内。探针对氟离子检测具有较高的选择性和灵敏性,在实际食品成分中如饮用水和面粉中可以对氟离子定性定量检出。更重要的是,将该探针可应用于HepG-2细胞和BALB/c小鼠氟离子可视化成像,表明该探针可以在生物体内对氟离子检测,且具有良好的生物相容性和较低的细胞毒性。3)设计合成了两种肿瘤缺氧敏感性荧光探针。两种探针分别将低氧敏感的对硝基苄基和偶氮基与近红外半菁骨架染料结合而设计,两种探针可以与缺氧环境下产生的两种酶(硝基还原酶和细胞P450还原酶)反应产生近红外荧光信号。在肿瘤细胞或组织中,两种探针具有优良的分析性能如近红外荧光发射、高稳定性、短时间内聚集到肿瘤部位且具有快速清除的特点。此外,通过荧光信号的强度,两种探针的联合应用还可以成功地区分乳腺癌和肝癌细胞。通过对两种缺氧还原酶标记物检测,使得该方法在癌症及其他相关疾病的诊断中有着广阔的应用前景。