细胞内粘度控制着所有的扩散过程,包括质量传递、信号转导、生物分子相互作用、代谢物的扩散和电子传递。线粒体是真核细胞的重要细胞器,具有特定的粘度。粘度在线粒体产生ATP起着至关重要的作用,异常粘度可反映功能失调状态,如异常的线粒体粘度与神经退行性疾病、糖尿病和细胞恶性肿瘤相关,因此,细胞内粘度是不同疾病的潜在生物标志物。由于细胞内粘度的异质性,开发针对不同生物过程(如细胞凋亡和线粒体吞噬)中粘度或其动态变化的细胞器特异性探针是必要的。本论文中,我们设计合成了一种新型的NIR荧光探针NMV(NIR,Mitochondrial,Viscosity),用于检测细胞线粒体中粘度的变化。探针结构通过核磁共振氢谱,碳谱和高分辨质谱得到了充分的表征。探针对粘度具有良好的线性响应,并且不受溶液极性和pH的影响,其它生物活性物种,如金属离子、氨基酸、还原性物种、氧化性物种对于粘度的检测也不产生干扰。基于探针具有低生物毒性,良好的光稳定性和低生物背景,我们将其成功应用于活细胞粘度的荧光成像研究。细胞成像共定位实验结果显示,由于探针结构中具有带正电荷的吡啶盐,使其可以特异性定位于细胞的线粒体。利用该探针,研究发现在饥饿诱导下,宫颈癌细胞(HeLa)粘度显著升高;在药物制霉菌素的刺激下,HeLa细胞内粘度也明显增大。上述实验结果表明,探针有望应用于生物体内相关疾病粘度变化的成像检测,为阐明疾病发展的机制提供优良的分析手段。为进一步探究线粒体内活性氧浓度变化对粘度的影响,基于染料原位生成策略,设计合成了锚定在线粒体的近红外超氧阴离子荧光探针NMS(NIR,Mitochondrial,Superoxide anion)。探针中磺酸酯与超氧阴离子响应后,释放出酚羟基,随后发生分子内环化反应,原位生成香豆素母核,并且由于供电子的噻嗪和吸电子的吡啶盐的协同作用,分子内电荷转移程度增强,探针产生近红外荧光;吡啶盐的正电荷使探针能特异性定位于细胞线粒体,而苄氯的引入,使探针与线粒体内富含的巯基蛋白加成从而将探针锚定于线粒体,可实现对线粒体内超氧阴离子的准确检测。