近年来，荧光探针作为化学传感器的一种，已经广泛应用于与生命过程有关的阳离子、阴离子、中性分子和生物大分子的识别和分析检测。基于荧光技术的识别检测，具有方便快捷、灵敏度高、选择性好、成本低、易操作和适用面广等优点。本论文结合近年来荧光探针的研究进展，基于硝基苯并呋咱(NBD)设计合成了一系列用于检测生命体内活性小分子的荧光探针。采用紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱、核磁共振氢谱、质谱以及理论计算等多种手段研究了探针对生物相关的信号小分子、氨基酸和活性氧的识别性能和传感机理。同时，将探针成功应用于活细胞成像分析，并取得了良好的效果。主要研究内容为:　　1.设计合成了用于检测硫化氢的荧光探针1。该探针以BODIPY荧光团为信号单元，NBD为反应识别基团。BODIPY分子母体本身具有很强的荧光，而NBD的引入使整个探针分子因PET机制而荧光淬灭。当探针分子与硫化氢反应后，硫化氢的强亲核进攻能力使得探针的醚键断裂，释放出BODIPY荧光信号单元和NBD的衍生物，从而荧光恢复。探针对硫化氢分子显示出良好的特异性识别响应和高的灵敏度，其检测限为2.6μM。通过理论计算解释了探针的PET机制。该探针成功应用于活细胞中对硫化氢的检测，实现了肿瘤细胞内对硫化氢的特异性荧光响应。　　2.设计合成了用于检测半胱氨酸的以NBD为荧光信号单元的探针2。在亲核取代反应中，相对于含巯基的脂肪族化合物而言，含巯基的芳香族化合物是一个更好的离去基团，利用这一原理，将该探针用于检测半胱氨酸和同型半胱氨酸。在反应过程中，半胱氨酸和同型半胱氨酸与探针分子形成的中间化合物通过分子内成环反应而形成最终产物。其中，探针与半胱氨酸反应生成五元环过渡态化合物比探针与同型半胱氨酸反应生成六元环过渡态化合物更容易，其原因是反应活性的不同导致成环速率不同。利用这种反应速率的不同可以区分检测半胱氨酸和同型半胱氨酸，从而在短时间内识别出半胱氨酸而不受同型半胱氨酸的干扰。该探针成功应用于活细胞中对半胱氨酸的检测，实现了肿瘤细胞内对内源性半胱氨酸的特异性荧光响应。　　3.设计合成了以NBD为荧光信号单元的用于检测细胞内氧化还原可逆状态的探针3。TEMPO（2，2，6，6-四甲基哌啶氧自由基）及其衍生物以其特有的自由基状态被广泛的用于化学生物学中。TEMPO具有一个独特的氧化还原循环过程，它包括相应的羟胺状态(TEMPOH)和氧氨阳离子结构。在化学和生物领域此类反应经常被应用于醇的氧化和模拟过氧化物歧化酶。抗坏血酸（AA）可将氮氧自由基还原到羟胺状态，而羟胺状态可以被次氯酸氧化到哌啶氧铵阳离子结构，然后哌啶氧铵阳离子结构被抗坏血酸还原后，可以再次回到羟胺状态。基于此原理设计的荧光探针3实现了对次氯酸和抗坏血酸循环的可逆检测和细胞成像分析。