由于锌离子在生命过程中起着许多重要作用,分析和检测细胞中的锌离子成为近年来的研究热点。但普通的分析方法,如紫外-可见光谱、核磁共振光谱、电子顺磁共振光谱等都不能用于检测这种生物体系中特殊的会属离子。荧光分子探针检测法不仅简便,而且灵敏度、选择性、时间分辨、实时原位检测方面均有突出优点。因此,应用荧光探针体系在一个比较宽的浓度范围内定量检测和反映Zn²⁺的流量和水平,对进一步了解Zn²⁺在生物体系内的作用具有重要意义。 基于碳酸酐酶（CA）-芳香磺酰胺抑制剂相互作用的原理,设计合成了3个化合物D1、D2和D3。其中,在生理条件下（pH 7.4）,D2与Zn²⁺结合后,λ_em从540nm蓝移到520nm,荧光强度增大近4倍。表观解离常数（K_d）在纳摩尔范围内,在生物应用中具有足够的敏感性。另外,多种生物体中重要的金属离子(如Ca²⁺、Mg²⁺)等对D2的荧光没有影响。 基于PET原理,设计合成了以4-氨基-1,8-萘酰亚胺为荧光团的化合物N1、N2和N3。在tris-HCl中性缓冲溶液中,N2的最大吸收和发射波长都在可见光区,加入Zn²⁺后,荧光强度增大5倍,K_d为0.8nM,活细胞中的显微成像表明,N2能够很好地进入细胞中并对Zn²⁺表现出荧光增强。 设计合成了三个以酰胺N原子为反应位点的1,8-萘酰亚胺化合物N4、N5和N6。水溶液中pH 7.4时,N4和N5的荧光量子产率均为0.004,加入饱和Zn²⁺后,Φ分别增大43和23倍;pH5时,加入Zn²⁺后,Φ分别增大30和10倍。这样,N4和N5相对H⁺,对Zn²⁺表现出良好的选择性荧光增强。理论计算表明,分子内氢键可抑制H⁺对荧光强度的影响,这为PET探针克服H⁺的影响提供了一个全新的思路。 基于PET原理,设计合成了1,3,5,7-四甲基-8-苯基化硼为荧光基团、DPA为识别基团的Zn²⁺荧光分子探针B1。中间体2分子模型的二吡咯甲基硼是平面结构,而B1的这部分结构表现弯曲的构型。加入Zn²⁺前后的荧光量子产率增大11倍,达到0.857。pK′a低至2.1,是目前发现pK′a最低的Zn²⁺荧光探针。B1-Zn²⁺络合物的荧光强度在pH宽达3-10范围内不受H⁺的影响。活细胞内荧光显微成像表明该探针能够穿透细胞并反映细胞内Zn²⁺的分布状况。