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活性氧物种(reactive oxygen species,ROS)、活性氮物种(reactive nitrogen species,RNS)和活性硫物种(reactive sulfur species,RSS)等生物重要物质在维持生命体内氧化还原状态中起着重要作用。这些物种的浓度水平和分布情况的异常改变将会引起众多疾病的发生。因此,这些生物重要物质的灵敏可视化分析对于揭示它们的详细生物功能和毒理是至关重要的。在众多的检测方法中,包括比色和荧光探针在内的光学探针法的发展最为迅速。比色探针法不需要借助于任何昂贵的仪器设备,可以直接用裸眼对目标物进行分析;荧光探针法灵敏度高、操作简单,尤其是能够借助于共聚焦显微成像技术来实现对生命体或细胞内目标物的实时可视化示踪分析。此外,能实现双波长强度比率检测的光学探针比单波长绝对强度定量具有更宽的动态响应范围和更高的准确度等优点而成为人们普遍追求的目标。在本论文中,结合光学探针的识别传感机制,设计合成了一系列用于活性氧物种(如:过氧化氢)、活性氮物种(如:硝酰基)和活性硫物种(如:二氧化硫衍生物、硫化氢)等在内的生物重要物质分析检测的比色比率荧光双通道探针,并考察了其分析性能。具体内容和结果如下:基于分子内电荷转移机制,以邻二苯基膦苯甲酸酯作为识别受体、4-羟基-1,8-萘酰亚胺作为荧光团,设计合成了一个具有较大发射波长位移的高选择性比色比率荧光双通道硝酰基(HNO)探针。该探针对HNO表现出了高的选择性,这归因于HNO特异性识别受体邻二苯基膦苯甲酸酯的选取。HNO的加入导致其吸收光谱红移104 nm,同时探针溶液的颜色由无色变成黄色,因此该化合物能够作为HNO体外测定的“裸眼”探针。此外,该探针不仅能够利用比率荧光光谱法对2~35μM浓度范围内的HNO进行定量分析,其检测限为0.5μM;而且还被成功用于活体细胞内HNO浓度水平和分布情况的比率成像分析。重要的是,128 nm发射波长的红移提高了对活体细胞内HNO比率成像的分辨率。以邻二苯基膦苯甲酸酯作为识别受体、4-羟基苯乙烯-TCF作为荧光团,设计合成了一个超灵敏快速响应的长波长比色比率荧光双通道硝酰基探针HNO-TCF。该探针在活性氧、活性氮和高浓度生物还原性物质存在下仍对硝酰基具有较高的选择性,能够作为硝酰基体外测定的“裸眼”探针。此外,探针hno-tcf能够利用波长比率法和荧光光谱法对0~4μm浓度范围内的硝酰基进行定量分析,其检测限为10nm。细胞成像和毒性实验表明该探针在分析活体中硝酰基的浓度水平和分布方面具有潜在的应用价值。基于分子内电荷转移机制,设计合成了一个具有较大发射波长位移的比色比率荧光双通道h2o2探针,该探针对h2o2拥有较高的选择性,h2o2的加入导致其吸收光谱红移81nm,同时探针溶液的颜色由无色变成黄色,因此该化合物能够作为h2o2体外测定的“裸眼”探针。此外,h2o2的加入导致其荧光发射光谱红移了100nm,且探针能够利用比率荧光光谱法对18~540μm浓度范围内的h2o2进行定量分析,其100nm红移的发射波长对活体细胞的高分辨比率成像是非常重要的。细胞毒性实验证实了新设计合成的探针在正常的细胞成像实验分析条件下几乎是无毒的。细胞成像实验进一步证明了该探针在研究活体细胞中的h2o2浓度水平和分布中具有一定的应用价值。基于硫化氢的双亲核性质,设计合成了一个以具有双亲电特性的邻醛基苯甲酸酯作为硫化氢识别受体的高选择性比色荧光双通道探针。该探针不仅对h2s拥有杰出的选择性,还能够作为h2s体外测定的“裸眼”探针。此外,该探针能够利用荧光光谱法对0~1000μm较大浓度范围内的h2s进行定量分析,其检测限为2.4μm。最后,运用此探针实现了活体细胞内h2s浓度水平和分布情况的荧光成像分析。基于亚硫酸氢盐的强亲核性质,设计合成了一个长波长比色荧光双通道亚硫酸氢盐探针。亚硫酸氢盐的加入导致其吸收光谱显著下降,同时探针溶液的颜色由蓝色变成无色,因此该化合物能够作为hso3-体外测定的“裸眼”探针。此外,hso3-的加入导致其荧光发射光谱较大程度的下降,且探针能够利用荧光光谱法对0~10μm浓度范围内的hso3-进行定量分析,其检测限为0.1μm。该探针最后成功用于活细胞内hso3-的荧光成像分析。基于分子内电荷转移机制,构建了一个具有较大发射波长位移的比色比率荧光双通道亚硫酸盐探针。该探针以4-羟基萘酰亚胺作为荧光团,乙酰丙酸酯作为亚硫酸盐的识别受体。亚硫酸盐的加入导致其吸收光谱红移100nm,同时探针溶液的颜色由无色变成黄色,因此该化合物能够作为食品、饮料和药物中亚硫酸盐测定的“裸眼”探针。此外,亚硫酸盐的加入导致其荧光发射光谱红移了103nm,且探针能够利用比率荧光光谱法对80~300μm浓度范围内的亚硫酸盐进行定量分析,其103nm红移的发射波长对准确定量比率分析是非常重要的。实际样品的测定结果表明新制备的探针能够提供一种优秀的测定亚硫酸盐的方法。