活性氧参与和维持着人体正常的生命运动,并在相关疾病与癌症治疗中发挥着极重要的作用。光控技术具有简单方便、微创性、毒性低与可调控性强的优点,被广泛应用于癌症治疗与诊断领域。另一方面,作为细胞内重要的亚细胞器,线粒体与溶酶体是细胞内氧化应激、分解消化与细胞凋亡的重要场所。因此,开发出线粒体或溶酶体靶向的荧光分子,用于监测和调节线粒体与溶酶体内活性氧的含量,对于人类相关疾病与癌症治疗有着重要的意义。基于上述原因,开发出了一系列溶酶体或线粒体靶向的红光光敏剂,用于调控亚细胞器内的一氧化氮与单线态氧浓度,并对其生物效果进行评价。此外,还开发出了一系列基于荧光共振能量转移机制的比率型HSO3-荧光探针,并对其生物效果进行评价。具体工作将从以下八个章节来论述:第一章:首先,总结了活性氧在人体生命活动中的重要意义与光控技术的优点;其次,综述了一氧化氮光敏剂、单线态氧光敏剂和比率型HSO3-荧光探针的设计策略与研究进展;最后,论述了本论文的选题依据与研究内容。第二章:以罗丹明为母体,合成了水溶性光敏剂Lyso-Rh-NO。Lyso-Rh-NO以N-亚硝基为一氧化氮光控释放与荧光猝灭基团,成功通过光照时间的控制与荧光信号的变化调控一氧化氮的释放。吗啉的引入不但实现光敏剂纯水体系中一氧化氮的光控释放,而且促使Lyso-Rh-NO聚集于溶酶体,实现溶酶体靶向。最后,光敏剂成功于斑马鱼体内光控释放一氧化氮。第三章:基于Lyso-Rh-NO,引入4-氨基苯乙酮,完成光敏剂π电子结构的扩展,构筑了发射波长为631 nm的光敏剂CA-NO。CA-NO可以在复杂环境中以较高效率光控释放一氧化氮。由于CA-NO分子内苯环转动,分子能量以转动的形式释放,使荧光信号减弱。因此通过引六元环来限制苯环转动,构筑了具有高荧光量子产率的光敏剂CNA-NO。光照后,CNA-NO的荧光量子产率由0.79%增至20.31%,远远大于CA-NO（由0.54%增至3.24%）。最后,CNA-NO成功于活细胞与斑马鱼体内光控释放一氧化氮。第四章:通过将碘代萘酮引入苯基氧杂蒽,构筑了水溶性红光光敏剂XAN-I。相比于XAN-NH2,光敏剂XAN-I的单线态氧产率由3.86%增至8.24%。XAN-I具有较高的光毒性与较低的暗毒性。XAN-I分子内正盐结构可以有效地将光敏剂聚集于线粒体,增加线粒体内单位体积的单线态氧含量,避免单重态氧的半衰期和有效距离短的不利影响,提高了XAN-I的光动力学治疗效果。第五章:基于苯基氧杂蒽与N-亚硝基,构筑了用于一氧化氮与单线态氧联合治疗的光敏剂XAN-NO。465 nm光源激发下,XAN-NO释放一氧化氮,并形成荧光分子XAN;610 nm光源激发下,XAN产生单线态氧。465 nm光源激发的XAN-NO具有较高的光毒性,而随之610 nm光源激发产生的单线态氧进一步增强了XAN-NO的光毒性,说明一氧化氮与单线态氧的联合治疗的优越性。XAN-NO成功于活细胞与斑马鱼内释放一氧化氮与单线态氧,说明了XAN-NO具有良好的细胞相容性。XAN-NO聚集于线粒体,并在一氧化氮与单线态氧的协同作用下诱导癌细胞凋亡。第六章:采取萘酰亚胺与多甲川为荧光母核,并引用硫醚为连接基团,构筑了可以同时检测Cys与PDT治疗的比率型荧光探针NPSCY。NPSCY可以从三光通道区分生物硫醇（Cys:733nm,435nm;Hcy:733nm,475nm）,并显示较低的检测极限。另一方面,近红外光激发下,NPSCY在与生物硫醇反应前后均能高效地产生单线态氧。此外,NPSCY成功检测了线粒体与斑马鱼内的Cys。细胞实验证明NPSCY具有较高的光毒性与较低的暗毒性。最后,细胞划痕实验表明NPSCY具有抑制癌细胞迁移的能力。第七章:采取哌嗪连接萘酰亚胺与苯乙烯吲哚,构筑了基于FRET机制的HSO3-荧光探针NPSI。NPSI可以在实验室条件与活细胞内有效排除生物硫醇的干扰,选择性识别HSO3-。然而,由于萘酰亚胺与哌嗪之间强大的PET效应,萘酰亚胺的荧光被限制。基于此,采用乙酰哌嗪将萘酰亚胺连接在吲哚的1-位上,构筑了比率型HSO3-荧光探针NPASI。NPASI成功减弱萘酰亚胺分子内的PET效应,增强了萘酰亚胺的荧光信号。NPASI显示较快的反应时间与较低的检测极限。最后,NPASI聚集于线粒体,并成功检测外源性HSO3-。第八章:综上所述,本论文构筑了三种水溶性一氧化氮光控释放光敏剂,并评价了其生物性能;其次,构筑了三种线粒体靶向的单线态氧光控释放光敏剂,并通过引入重原子和一氧化氮等手段,研究了其癌症治疗的性能。最后,基于FRET机制构筑了两种比率型HSO3-荧光探针,并研究了其构效关系与生物应用。