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生物标志物是指可以标记系统、器官、组织、细胞及亚细胞结构或功能改变的一类生化指标,其常被用于生物识别、疾病诊断和疾病治疗。因此,建立高效、准确、简洁的可专一识别生物标志物的方法将对生物识别、医学诊断、疾病治疗起到不可估量的作用。近年来,应用荧光染料对生物标志物进行识别和检测的荧光显微成像及检测技术己逐渐被应用到生物识别、医学诊断、疾病治疗过程中。但现有的靶向到生物标志物的荧光染料仍存在着特异性、专一性、灵敏度及生物适应性等问题。以氯泵和溶酶体为靶标,通过对芴衍生物末端官能化,获得两例双光子荧光染料TPFL-ER和TPFL-Lyso。它们因具有合适的水油两亲性可分别定位到内质网和溶酶体。TPFL-ER和/TPFL-Lyso实现了同时对内质网和溶酶体的生物成像,并且大大降低了染料分子对细胞内蛋白质运动的干扰,提高了染料分子的生物适应性。以磺脲受体I为生物标志物,设计合成了两例磺酰脲衍生物的双光子荧光染料(SU-1和SU-2)。染料分子进入生物体后特异性的与磺脲受体I结合,使得染料分子具有专一识别磺脲受体Ⅰ的能力。染料分子实现了对糖尿病发过程中内质网结构变化的可视化检测。以核糖核酸(RNA)中特有的氮碱基——尿嘧啶为生物标志物,设计合成了一例硝基苯并咪脞衍生物的双光子荧光染料(BIQ)。染料分子通过与RNA中的尿嘧啶发生特异性反应,实现了对RNA明显荧光"OFF-ON"的识别标记过程。染料分子可在生物体内、体外专一性的识别RNA,实现RNA原位实时的显微成像。通过实验手段,染料分子BIQ与RNA之间的特异性、专一性识别机理得到明确证实。以环氧化酶-2(COX-2)为生物标志物,设计合成了三例以吲哚美辛为识别基团的双光子荧光染料(ANQ-IMC1、ANQ-IMC2和ANQ-IMC6)。以ANQ-IMC2作为对比分子,染料分子ANQ-IMC1和ANQ-IMC6可以对COX-2实现高效、特异性的结合,实现荧光"OFF-ON"的识别标记过程。荧光染料ANQ-IMC1对不同浓度的COX-2具有不同波长的荧光响应能力,实现了对生物体内、体外COX-2的比例定量检测,实现了对炎症、癌症的区别成像,并且可裸眼识别肿瘤样本。染料分子ANQ-IMC6因具有良好的水油两亲性,可使其专一识别癌细胞的高尔基体。