荧光染料的性能在很大程度上依赖于其所处的微环境。当所处微环境发生改变时,它们的一个或多个荧光参数有可能发生明显变化,如最大激发/发射波长、荧光强度、荧光寿命、荧光各向异性等。特别是有一些大环分子存在时,由于荧光染料与其形成主-客体复合物,染料的荧光性能变化尤为显著。人们利用这一特性已经构建了多种荧光分子探针,从离子、小分子的检测,到生物大分子的识别和相互作用研究,甚至活细胞内细胞器的染色等方面得到了广泛应用。在前期研究工作中,我们发现β-环糊精(β-CD)的聚合物对芘的荧光有显著的增强作用,并且在一定条件下可以形成纳米级的颗粒并无损地进入细胞。在此基础上,本文考察了β-环糊精聚合物(β-CDP)对多种染料的荧光性质的影响,构建了基于β-CDP的荧光探针阵列和比率型荧光纳米探针,分别实现了不同农药的鉴别和细胞内线粒体靶向的pH成像。1.基于β-CDP的荧光探针阵列用于农药的鉴别环糊精聚合物对染料不仅存在主客体包络作用,还有高分子效应等,因此其对荧光染料的影响比环糊精单体更为显著。为了更好地利用这一特性,考察了β-CDP对13种常用染料的荧光性质的影响,并测定了相关的结合常数。结果表明,其中8种染料在加入β-CDP后荧光强度没有发生明显的变化;而另外5种染料(罗丹明B异硫氰酸酯、芘、5(6)-羧基萘基荧光素、姜黄素和丹酰胺)与β-CDP混合后,荧光强度有明显的升高或降低。基于以上结果,选择了4种与β-CDP结合后荧光强度有显著变化的染料,利用客体分子之间的竞争作用,构建了荧光探针阵列用于农药的鉴别。在不同的农药存在下,β-CDP/染料复合物的荧光强度变化程度不同。这可能是由于不同农药的疏水性质不同,与不同染料的竞争能力不同所导致的。利用主成分分析(PAC)对所得数据进行处理后,三维图谱显示:5种农药被分成五个区域,彼此之间无明显重叠,说明该荧光探针阵列可用于不同农药的鉴别。2.基于β-CDP的自组装比率型荧光纳米探针靶向活细胞中线粒体的pH成像在上一个研究工作中,发现β-CDP对罗丹明B异硫氰酸酯具有一定的荧光增强作用,且罗丹明B和荧光素常被用于pH检测的信号单元和参比单元。此外,本课题组已利用β-CDP和这两种染料构建了一个比率型探针用于细胞中的pH成像。但是细胞中的pH分布实际上是不均匀的,不同细胞器的pH值之间存在一定的差异。基于此,构建了一种特异性靶向线粒体的自组装比率型荧光纳米探针,用于活细胞中线粒体的pH成像。该纳米探针由三部分组成:(1)β-CDP作为纳米探针的骨架;(2)金刚烷修饰的荧光素和罗丹明B分别作为pH检测的识别单元和参比单元;(3)金刚烷修饰的三苯基膦作为线粒体的靶向单元。激光共聚焦成像和荧光共定位实验结果表明,该探针可成功地用于活细胞内pH值在4.0-8.0范围内变化的测定,并且具有良好的靶向线粒体的能力(皮尔逊相关系数为0.88)。此外,该探针具有低毒性、良好的pH可逆性以及构建的灵活性,改变靶向单元的种类可望用于不同细胞器的pH监测。该工作有望为特定细胞器的pH测量以及对pH相关疾病的诊断提供新的工具。