随着生命科学的飞速发展,生物体内大部分的小分子,核酸、蛋白质等大分子参与新陈代谢并维持各项生命活动,因此对生物分子进行检测具有极其重要的意义。目前在临床诊断、环境监测、生物分析等领域,检测生物分子的方法有很多,如色谱法,电化学法和荧光法等,其中荧光法具有操作简单,成本低和重复性好等优点,受到了人们的青睐。然而,大多数的荧光探针只有单一的检测响应信号,外部因素的干扰很容易影响检测的精确度,如实验仪器,检测环境等外部因素。然而,通过两个波长强度的比值作为输出信号的比率型（Ratio）荧光探针,因其具有高精确度受到了广泛的关注,成为了当前的研究热点。相对增强型（OFF-ON）或猝灭型（ON-OFF）荧光探针,比率型荧光探针在提高检测精确度方面具有提供内在校正,避免假阳性信号等突出优势,因此近年来成为了实时分析和检测生物分子的有效工具。本论文以分子内电荷转移（ICT）和荧光共振能量转移（FRET）识别机理分别构建了检测二氧化硫（SO2）、三磷酸腺苷（ATP）、micro RNA（mi RNA）的比率型荧光探针,具体的研究内容如下:1.一种基于氟硼荧-半花菁的水溶性双色荧光探针用于细胞内源性二氧化硫的比率型监测和生物成像应用人体内SO2含量异常会导致心血管疾病,神经系统疾病和癌症等疾病,因此,使用有效的分子生物学工具监测内源性SO2的产生及其生理效应具有重要的意义和价值。本研究开发的双色荧光探针可在检测目标时提供两个发射波长的强度变化,有利于实现比色检测,获得更准确的结果,更适合于体内监测应用。近年来,已经报道了许多用于测定SO2及其衍生物的荧光探针,并且已经取得了很大的进展。但是,大多数报告的用于测定SO2的探针都有局限性。最大的缺点是水溶性差,这导致检测极限不令人满意,响应时间长等。因此,这限制了它们在生物环境中监测细胞内内源性SO2的进一步应用。在此,基于BODIPY和半花菁,醛基化的氟硼荧与水溶性的碘丙酸-半花菁偶联,开发了一种新型的双色荧光探针（BHC）,用于选择性监测内源性SO2。通过优异的水溶性和独特的亲核加成反应,BHC在比色监测SO2方面比其他相关物质具有更高的选择性。合成的探针BHC具有红色发射,并且在与SO2反应后可以转换为绿色发射。因此被进一步应用到成像活体细胞代谢产生的细胞内内源性SO32-/HSO3-,获得了满意的结果。这一策略为揭示SO32-/HSO3-的代谢和量化其在活细胞中的分布提供了一种新的工具。2.基于FRET的比率型荧光纳米探针用于高灵敏和高特异性的检测三磷酸腺苷ATP是生物体内生命活动的主要能量来源,在多种生命活动中起着至关重要的作用,此外,ATP表达水平也与许多疾病有一定的关系。因此,检测ATP对研究细胞机制和临床诊断具有重要意义。本工作基于FRET设计了比率型的荧光纳米探针用于检测ATP。合成的荧光染料掺杂的发光二氧化硅纳米颗粒（SNPs）由羧基包覆,通过酰胺键与氨基修饰的发夹引物共价结合,其中发夹引物的末端用荧光素（FAM）修饰。将ATP适配体与发夹引物杂交,打开发夹引物,诱导形成荧光纳米探针。在没有目标物ATP的时,供体（SNPs）和受体（FAM）距离较远,两者之间没有能量的转移。在存在ATP的情况下,由于目标和适体之间的高度亲和力,引物再次形成发夹,使得SNPs和FAM两个荧光团之间发生FRET。该荧光探针具有一些优异的性能,如反应迅速,灵敏度高,对ATP的检测限达到0.067 m M。基于FRET的策略可以避免假阳性信号,排除外界环境对检测的影响,这些结果表明这个新型的荧光探针将为研究很多与生命活动相关的物质提供新的检测平台。3.基于信号放大策略和FRET的比率型荧光纳米探针用于高灵敏和高特异性的检测micro RNAmi RNA的表达水平与许多疾病密切相关,并且可作为肿瘤诊断标志物。检测mi RNA在肿瘤早期诊断和治疗中具有广泛的应用前景。由于mi RNA的体积小、易降解,mi RNA检测方法需要具有较高的灵敏度和准确性,本文设计了基于信号放大策略和FRET策略的荧光纳米探针对mi RNA进行检测。该策略采用了SNPs（发光二氧化硅纳米颗粒作为FRET供体）、H1和H2-FAM（FAM作为FRET受体）两种DNA发夹组成的可信号放大的纳米探针（SANP）。首先,通过酰胺键将H1固定在SNPs上,形成了SNPs-H1。存在目标物时触发CHA过程,SNPs和FAM之间发生了能量转移。该纳米探针通过FRET机理有效地消除了背景干扰带来的误差,重要的是,通过催化发夹组装（CHA）实现了目标物的无酶循环放大,其检测限为33 p M,具有灵敏度高和特异性强的优点。通过mi R-203的体外检测应用显示了该探针具有检测mi RNA表达水平的能力,该方法为生物医学研究和临床方向研究生物分子的表达水平提供了应用前景。