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进入21世纪以后,随着分析化学、有机化学、材料化学和生物化学等学科领域的不断发展与进步,各学科领域的交叉融合已成为研究的热点与趋势。荧光探针作为学科交叉融合的一个产物,是化学生物传感技术不可或缺的工具,广泛应用于环境监测、食品分析、临床分析、生物分析以及生命科学等领域。有机小分子荧光染料由于具有尺寸小、设计灵活、合成可控、易于修饰、生物毒性小等诸多优点,而具有广阔的应用前景,成为荧光探针的重要材料。本论文以有机小分子荧光染料为母体,构建了一系列新型荧光探针,并将其用于环境和食品污染物、临床上具有重要意义的生物活性酶等物质的检测,同时验证了其在细胞以及活体组织中的成像应用能力。主要的研究内容如下:(1)在第2章中,我们设计合成了一个基于亲核性芳香取代反应(Nucleophilic Aromatic Substitution,NAS)的新型荧光探针Naphsulf-O用于联氨的检测。该探针通过用对硝基苯磺酰氯保护荧光团6-乙酰基-2-羟基萘上的羟基而制得。在联氨与该探针间的亲核性芳香取代反应下,保护基团离去,荧光团被释放,从而实现对联氨的检测。实验结果表明,该探针具有大的斯托克斯位移(>140nm)、高的选择性和灵敏度,其最低检测限达到0.716 ppb(22 nM)。此外,探针Naphsulf-O成功地实现了对细胞内联氨的检测与成像分析。(2)在第3章中,我们以萘的衍生物为母体,设计合成了一个基于亲核性加成反应的新型近红外比率荧光探针NDMBT用于二氧化硫衍生物的高选择、高灵敏性检测。体外实验结果表明,探针NDMBT对二氧化硫衍生物的检测时间大约10秒,且线性响应范围达到0-90 μM。细胞成像结果也表明,该探针具有对细胞线粒体内二氧化硫衍生物进行检测与成像的能力。(3)在第4章中,我们建立了一个基于巯基与烯烃的点击化学反应构建新型荧光探针(Activity Localization Fluorescence,ALF)用于定位检测蛋白水解酶活性的通用性平台。ALF探针通过这一温和的点击化学反应将多肽(含半胱氨酸)修饰到乙酰化的荧光团上而制得。当与该酶反应后,ALF探针通过该酶的催化水解和形成七元环的分子内环化反应,又释放出具有激发态分子内质子转移(Excited State Intramolecular Photon Transfer,ESIPT)效应的荧光团。我们用 ALF 探针对半胱氨酸蛋白水解酶8(Caspase-8)进行了检测,选择难溶于水且具有ESIPT效应的2-(5’-氯-2-羟苯基)-6-氯-4-(3H)-喹唑酮(2-(5’-Chloro-2-Hydroxylphenyl)-6-Chloro-4-(3H)-Quinazolinone,CHCQ)作为荧光团。体外实验结果表明,ALF探针具有高选择、高灵敏检测Caspase-8活性的能力。细胞成像结果也表明,ALF探针对细胞内的Caspase-8具有定位检测与高分辨成像的能力。(4)在第5章中,我们以香豆素衍生物为母体,基于级联式反应设计合成了一个无背景荧光信号的新型荧光探针(Cascade Reaction Probe,CRP)用于硝基还原酶(Nitroreductase,NTR)的检测。该探针通过发生一个由NTR引发的级联式反应,生成强荧光的新荧光团,从而实现对NTR无背景荧光信号干扰的高选择性、高灵敏性地检测与成像分析。(5)在第6章中,我们设计合成了一个基于双光子荧光染料萘衍生物的比率型检测γ-谷氨酰转肽酶(γ-Glutamyltranspeptidase,GGT)的双光子荧光探针gGlu-AANA。该探针通过对GGT的比率型检测,有效地消除了环境因素的影响,提高了检测的灵敏性。同时,探针gGlu-AANA借助双光子荧光染料的特性,实现了对细胞及活体组织的深层次检测与成像分析。此外,对实际样品人血清中GGT检测的结果也表明,探针gGlu-AANA具有很好的临床应用前景。