小分子生物硫醇,例如半胱氨酸(Cys),同型半胱氨酸(Hcy)和谷胱甘肽(GSH)是生物体细胞内非常重要的生物活性硫化物(RSS)。它们在动植物和微观生命体代谢,食品加工等方面发挥着重要作用。但是由于Cys、Hcy和GSH的化学结构和反应活性极其相似,特别是Cys与Hcy,两者侧链仅相差一个亚甲基。因此,区分检测三者或特异性识别某一个化合物具有很大挑战。在生物活性小分子化合物常见的检测方法中,荧光探针检测技术以其特别的优势引起科研工作者们的关注。尤其是近红外(NIR,650-900 nm)荧光探针具有光损伤小、光散射少、组织深度穿透和背景干扰小等优点更有利于在生物体内监测小分子化合物。在本论文中,经过文献调研和本课题组前期研究选择具有优异性能的BODIPY荧光染料为母核结构。通过调节BODIPY的共轭结构和引入不同的识别基团构建探针,期望探针能够实现在近红外区对生物硫醇化合物三者的区分或特异性检测,并探究共轭程度和识别基团的改变对系列探针反应活性的影响。在第二章中,我们在BODIPY染料的母体结构上进行修饰,利用1,3,3-三甲基-2-亚甲基吲哚啉乙醛同BODIPY通过Knoevenagel缩合反应构建出5-位共轭烯键结构使探针波长延长至近红外区。同时,在BODIPY的meso位引入本课题组前期筛选出的对甲氧基苯硫醚作为硫醇检测基团,其在发生SNAr取代反应时能够良好地离去。基于上述的设计构建出近红外荧光探针(BDP-NIR),我们期待通过共轭烯键结构使探针波长延长进而实现近红外区对Cys、Hcy和GSH三者的区分或特异性对某一种的检测。通过探针BDP-NIR与生物硫醇化合物(Cys、Hcy和GSH)体外系统测试,发现探针可在近红外区特异性响应Cys,并具有大的Stokes位移(105 nm)、高灵敏性能和高选择性。探针对Cys高的线性动态响应范围(0–500μM)基本上涵盖了Cys体内生理水平,适合于生物体系中Cys的定量检测。此外,通过密度泛函理论(DFT)计算证明了一种新的荧光猝灭机理,探针荧光猝灭的原因可能是由于系间窜越导致的(从单重激发态到三重激发态)。更重要的是探针在细胞及动物活体成像应用研究中也实现了对Cys的特异性检测。在第三章中,为了进一步探究共轭程度的变化以及新的检测基团对区分检测生物硫醇化合物(Cys、Hcy和GSH)或特异性检测时吸收/发射波长和反应活性的影响,我们通过在BODIPY的meso位引入苯硒醚作为硫醇识别基团,并逐渐增加3-,5-位取代基的共轭程度设计合成探针BDP-Se-1、BDP-Se-2、BDP-Se-3并进行性能对比和生物成像应用。经过对探针的溶液测试,发现新的识别基团与生物硫醇发生SNAr取代反应的速度较快,并且随着共轭程度的改变,探针对Cys、Hcy和GSH的选择性和反应后波长也具有较大的差别:无共轭程度增加的BDP-Se-1能够在绿光区同时区分检测Cys和Hcy/GSH,但其选择性能力不高,可以对活性氧化物产生响应;相反的,共轭程度增加较弱的BDP-Se-2可在黄光区选择性检测Cys和Hcy;共轭程度增加较强的BDP-Se-3能够在类近红外区特异性响应Cys,且BDP-Se-2、BDP-Se-3对于活性氧化物均不响应,选择性及抗干扰性增强。此外,BDP-Se-3与Cys可在室温下10分钟内反应完毕,通过共聚焦荧光成像技术该探针已经实现对Hela细胞中内源性Cys的检测。