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随着现代生命科学的发展,为了更深入了解人体生命的作用过程及各种疾病的产生机理,人们迫切希望获得参与生命体生理作用的分子、离子的直观功能信息。近些年来,荧光探针因具有灵敏度高、选择性好、响应时间短、用量少、操作简单、可以实时原位检测等优点,渐渐发展成为生物成像、医学诊疗、现代医学、生物科学等研究领域不可或缺的重要工具,尤其是在生物体内功能生理离子与小分子检测和生物体内组织、器官的荧光成像方面。因此,为了更深入了解生理离子与小分子对人体的重要影响,发展出新的高灵敏性、高选择性、高空间分辨率,且对检测样品无损伤的有机小分子荧光探针具有非常重要的意义。本论文设计合成了两种新型的有机小分子荧光探针,分别用于二氧化硫衍生物亚硫酸氢根离子与氨基酸半胱氨酸的检测。所制备的两种新型荧光探针不仅具有优异的光学与检测性能,而且成功用于细胞成像分析。1.基于激发态质子转移(ESIPT)与分子内电荷转移(ICT)机制,我们设计合成了一种新型的比率型亚硫酸氢根离子荧光探针HBT-TCF。该探针是由ESIPT分子2-(2’-羟基苯基)苯并噻唑(HBT)和吸电子基团三氰基呋喃(TCF)通过乙烯桥键连接而成,具有典型的近红外荧光发射特征。其响应机制是亚硫酸氢根离子与乙烯桥键发生亲核加成反应,破坏分子片段HBT与TCF间的共轭结构,使HBT-TCF的荧光发射峰由665 nm蓝移至465 nm。探针HBT-TCF具有如下优异的性能:(1)465 nm处的荧光强度与亚硫酸氢根浓度(5-40μM)呈现较好的线性关系(R~2=0.993),检出限达到101 nM;(2)pH适用范围在3.0-10.0,能满足生物体亚硫酸氢根离子浓度检测的要求;(3)具有较大的发射位移变化(达到200 nm),很好地解决了荧光窜峰的问题,有效降低了HBT-TCF在检测过程中的光损耗。基于HBT-TCF优异的光学性能,我们成功将其用于人乳腺癌细胞MCF-7中亚硫酸氢根离子的检测。2.结合香豆素与荧光素的结构特点,我们设计合成了一种新型的半胱氨酸荧光探针CF-AC。该探针能对半胱氨酸(Cys)选择性识别,其响应机制是通过半胱氨酸与丙烯酸酯的共轭加成-环化反应引起分子内结构的变化与电荷的分布,从而实现对Cys的检测。实验结果表明,探针CF-AC具有以下性质:(1)525 nm处荧光强度与Cys的浓度(0-40μM)呈现较好的线性关系(R~2=0.991),检出限达到0.67μM;(2)Cys加入使得CF-AC出现525 nm与650 nm两个新的荧光发射峰,我们可以通过对成像区域的选择,实现Cys的多通道成像;(3)CF-AC成功用于人乳腺癌细胞MCF-7中半胱氨酸的检测。