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活性硫（RSS）,活性氧（ROS）及活性碳（RCS）等生命小分子在细胞增殖、细胞保护、机体氧化还原平衡调解、生命体生长发育及信号传导等一系列生理和病理过程中扮演着重要角色。然而,很多疾病如氧化性损伤,神经退行性病变等都与这些小分子的含量密切相关。作为代表性的活性硫物种（RSS）,二氧化硫（SO2）在机体抗氧化、信号传导及细胞保护中发挥潜在作用。同时,二氧化硫（SO2）还以抗氧化代谢产物的形式出现在生命体中。次氯酸（HClO）为重要的活性氧物种,在免疫系统防御及抗菌等方面起着至关重要的作用。过量的次氯酸会消耗体内抗氧化物质,破坏原有氧化还原平衡,造成细胞膜蛋白损伤、线粒体通透和细胞凋亡。作为一种活性碳物种（RCS）,甲醛在人们记忆存储等方面起着重要作用。然而,甲醛还作为一种有害气体和致癌物质危害着人类健康。研究表明,长期暴露在高浓度甲醛的环境中会阻碍机体生长和生殖发育。此外,细胞内过量的甲醛还会改变蛋白功能结构导致细胞功能性障碍。更为严重的是,当甲醛与细胞内活性氧自由基结合后会加剧细胞的氧化损伤。近年来,人们已广泛讨论了活性小分子的部分生理功能和致病机理,但是有关这些小分子生物功能方面的研究仍有很大的探索空间。因此,开发在细胞/活体水平对待测物实时可视化检测的方法显得尤为重要。与传统检测技术比较,荧光成像技术具有非损伤、高分辨、实时可视化检测及生物体内部成像等优点。近年来,以近红外波长为激发的双光子荧光探针具有对机体组织更深的穿透深度、光毒性小及低背景干扰等优点而广泛应用于小分子检测。此外,高量子产率的比率型荧光探针能够消除背景干扰,因而被广泛应用于生物分子检测。到目前为止,许多用于细胞及活体内二氧化硫或次氯酸检测的荧光探针已被广泛开发,但是依然缺乏二氧化硫及次氯酸连续双响应的分子探针。近年来,对甲醛分子响应的探针迅速发展,但仅限于检测识别阶段。针对这些小分子,我们设计合成了三种荧光探针,从而实现了对二氧化硫、次氯酸及甲醛分子的检测和相关病理学模型的探究。以下为具体内容:1)设计合成了对二氧化硫和次氯酸双响应的比率型荧光探针2-（4-（1-甲基-菲[9,10-d]咪唑-2-基）-亚苄基）丙二腈（MPIBA）。该探针以活化的碳碳双键为反应位点。双键分别与二氧化硫和次氯酸发生亲核加成及氧化反应使探针结构发生变化,从而导致探针荧光波长位移。探针对二氧化硫响应60 s内完成,检测限为3.5 nM;探针对次氯酸响应在数秒内完成,检测限为12.5 nM。探针成功用于细胞内源性二氧化硫和次氯酸的检测,同时还在斑马鱼体内实现了内源性二氧化硫及次氯酸含量的动态监控。激光共聚焦实验和流式细胞实验证明二氧化硫在次氯酸诱导的氧化应激过程中起着氧化与抗氧化作用。2)设计合成了高量子产率比率型荧光探针1-（4-（1H-菲并[9,10-d]咪唑-1-基）苯基）丁-3-烯-1-胺（PIPBA）来检测生物体中的甲醛。探针具有高的量子产率（Φ=0.62）且对甲醛表现出高选择性。探针与甲醛发生特异性反应后,探针发射波长有80 nm红移且荧光比率强度有超过90倍升高。该探针成功用于细胞、组织及活体内源性甲醛的定量检测。借助该探针,我们证明了体内甲醛与活性氧自由基相互作用可产生更多氧化性物种,从而进一步加剧对生物体氧化性损伤。研究还表明,间接的氧化性损伤可以通过添加内源性或外源性抗氧化剂来缓解。3)设计合成了线粒体靶向双光子比率型荧光探针（4-（（6-（2,2-二氰基乙烯基）萘-2-基）氧基）丁基）三苯基鏻（DNB）并用来检测细胞和活体内二氧化硫及次氯酸。探针具有大的双光子吸收截面、高灵敏（对SO2检测限为8.0 nM,对HClO为15.2 nM）及快速响应（SO2<40 s,HCl O<20 s）等优点。探针成功地用来定量检测外界刺激下细胞内源性产生的SO2/HClO。此外,斑马鱼成像实验能够监控机体突发氧化应激和抗氧化修复过程中SO2/HClO间含量变化,且二氧化硫也会作为Cys抵抗氧化剂的代谢物出现在线粒体中。