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目的:活性氧（ROS）在维持机体氧化还原平衡、细胞转录、信号转导、蛋白表达等多种生理过程中发挥重要作用,但过量的ROS又会造成氧化损伤并诱导诸多疾病的发生发展。超氧自由基(O2·-)作为体内其它ROS的源头物质,在ROS家族中占有举足轻重的位置,对其进行精准检测对于氧化还原态评价以及疾病监测均有非常重要的意义。目前有多种方法用于检测O2·-,其中荧光成像技术由于可视化、高时空分辨率、生物相容性好等多种优点倍受国内外学者的青睐;电子顺磁共振波谱法（EPR）因特异性强、无背景干扰、生物组织穿透性强、无创性等优点也成为自由基检测的常用方法。这些检测方法的发展依赖于探针研发。尽管近年来已报道了诸多小分子探针,但由于探针存在自身稳定性差、检测限高、特异性欠佳、背景干扰大等不足,生物机体内低水平O2·-的检测仍然面临巨大挑战。针对这一关键问题,本论文拟从荧光和EPR两种技术手段出发,以提高探针对O2·-检测的灵敏性为目的,开发新型探针,为机体内低水平甚至正常生理状态下O2·-水平的监测提供可能,也为临床氧化还原评价和疾病的诊治提供新的策略。方法:（1）将吖啶酮类近红外荧光染料1,3-二氯-7-羟基-9,9-二甲基-2（9H）-吖啶酮（DDAO）与O2·-识别部位三氟甲磺酰基通过甲苯酚自切链连接,并对自切链中酚羟基的邻位进行单氟、单氯及二氯取代修饰,获得一系列亲核取代型的超氧自由基荧光探针;研究这些含自切链探针与未含自切链探针DS、DP的自身稳定性、反应活性与选择性;将性质优良的二氯取代探针D-2Cla应用于He La细胞和RAW 264.7细胞,对不同浓度PMA刺激产生的内源性O2·-进行荧光成像比较;使用D-2Cla对阿霉素心脏毒性进行评价;同时,为证明以上分子设计策略的普适性,将所用自切链又分别连接于香豆素、荧光素、萘酰亚胺三种荧光试剂上并进行活性的检测。（2）TEMPO结构中的氮氧自由基部分被还原成羟胺,并将二苯基次磷酰基、叔丁基亚磺酰基、3,5-二硝基苯磺酰基、对甲苯磺酰基、甲磺酰基、甲基等通过亲核取代机制与羟胺连接得到新的EPR探针,通过EPR进行探针对O2·-活性分析。结果:（1）通过对D-2Cla同系列化合物的自身稳定性与反应活性研究发现,在结构中引入对甲苯酚自切链明显提升探针的自身稳定性;自切链上引入吸电子卤素取代基可有效增强探针对O2·-的反应活性及降低对O2·-的检测限,DS、D-Fa和D-Cla的检测限分别为204 n M、58.8 n M和48.6 n M。特别是,D-2Cla的检测限仅为7.3 n M。在PMA刺激的He La细胞与RAW 264.7细胞炎症模型中,D-2Cla与DS相比均表现出更明显的荧光响应。更重要的是,D-2Cla可以对阿霉素所产生的不同程度的心脏毒性表现出明显的荧光差异,随着阿霉素用药时间的延长,O2·-水平呈上升趋势,细胞存活率显著降低,由此进一步证实了阿霉素心脏毒性与氧化应激的密切关系。香豆素、荧光素、萘酰亚胺类化合物的性能研究表明该论文提出的分子探针设计策略同样适用于其它荧光试剂;其中C-2Cl、NA-2Cl可采用荧光波谱比例的方式进行O2·-检测。（2）通过还原、亲核取代反应等多步反应,已经顺利拿到初步设计的超氧EPR探针,需要进行进一步的理化性质研究及生物应用。结论:本论文主要从提高O2·-检测灵敏性的角度出发,设计合成了荧光与EPR两类探针,初步得出如下结论:（1）通过在自切链上引入卤素吸电子基团可以增强探针对O2·-检测的反应活性,这一规律可广泛应用于目前的许多荧光试剂结构中,为小分子超氧探针的设计提供新思路;同时,D-2Cla具有良好的O2·-反应活性、特异性及生物应用潜质,有望用于在体低水平O2·-含量检测。（2）已成功得到6个羟胺衍生物作为新型EPR超氧探针,接下来将在细胞和活体体系中验证它们用于O2·-定量检测的应用潜质。