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菁染料具有优异的光谱性能,易于合成和纯化。近年来,随着荧光检测技术在生命科学和医疗诊断等领域的重要应用,菁染料对核酸、蛋白等生物分子的荧光标记,对粘度、极性、pH、温度等环境敏感因素的探测已成为关注的焦点。本文主要针对噻唑橙类不对称菁染料进行合成与相关生物应用研究。面向生物分子荧光成像及医疗诊断领域的重大需求,设计并合成了三个噻唑橙类(TO-3)衍生物染料Ⅱa-Ⅱ,它们的荧光激发/发射峰在620nm以上的红色光区、本底荧光弱、量子产率小于0.004。与DNA结合后,Ⅱa-Ⅱc荧光显著增强90倍以上,较传统紫外激发的4’,6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)及诱导致癌的溴乙锭(EB)等商品化染料灵敏度高。(二乙胺基)丁基取代的单电荷染料Ⅱa和乙基取代的单电荷染料Ⅱb是膜通透性的,Ⅱa可对细胞核染色特异、快速、灵敏度高,可应用于流式细胞术中对DNA定量检测。而(三乙铵基)。丁基取代的双电荷染料Ⅱc可应用于固定细胞内DNA染色。在单发射荧光探针的基础上,开发了基于罗丹明-菁染料荧光共振能量转移(FRET)的双色荧光染料Ⅲb和噻唑橙二聚体荧光染料Ⅲc。Ⅲb可以通过双荧光发射(λem(RhB)=582nm; λem (TO3)=650nm)和比例荧光信号(ITO3/IRhB)来区分识别DNA、RNA、AT和GC序列。Ⅲb在活细胞内可对线粒体相关结构选择性荧光成像；在固定细胞应用中可作为全细胞染料界定核仁、细胞核和细胞质区域及界限,有望应用于基于图像的高含量筛选(HCS)测定中。染料Ⅲc与DNA结合后荧光增强约950倍,并实现了对DNA的高灵敏度选择性定量检测。其对于小牛胸腺DNA最低检出限为613ng/mL,对双链AT碱基序列的检出限为13-3ng/mL。染料Ⅲc与小牛胸腺DNA结合后荧光显著增强的原因为：1)溶液中分子间/内聚集体的解离；2)小沟槽结合模式使Bi-TO3单体分子的扭转受到强烈限制。基于对核酸及蛋白的荧光响应,设计并合成了七个噻唑橙类(TO-3)衍生物染料,其中染料Ⅳa能够对核仁及核糖体RNA特异性荧光成像；染料Ⅳc能对细胞核特异性荧光成像；染料Ⅳf和Ⅳg能够在不同条件下对线粒体或高尔基体特异性荧光成像。基于对核酸或蛋白的选择性结合,染料IVf和Ⅳg应用于血液细胞分析仪检测系统(白细胞五分类和网织红细胞检测)为国内首例,且染色高效、快速(孵育30-60秒,浓度小于2μM),灵敏度高于商品化血球试剂。