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随着光学显微成像技术的迅速发展,荧光染料和荧光探针在生物医学领域应用越来越广泛;然而大多数荧光探针亚细胞器靶向性不稳定,发射波长较短,易受细胞自发荧光干扰。因此,开发具有亚细胞器稳定靶向和近红外荧光探针成为了研究热点。本文设计合成Snap-tag融合蛋白靶向和亚细胞器稳定靶向的荧光探针,及一系列近红外荧光染料。研究了其化学和光物理性质,探索其在荧光成像及检测方面的应用。1、从O6-鸟嘌呤出发,设计合成了 Snap-tag靶向通用中间体PYBG和ADBG。通过PYBG和ADBG分别与罗丹明、萘酰亚胺、氟硼吡咯的Click反应和Sonogashira偶联,得到 PYBG-TMR、PYBG-BODIPY、ADBG-Np-N、ADBG-Np-N+、ADBG-Np-OH,PYBG-SF、PYBG-NO、PYBG-ClO 和 PYBG-Vis。荧光染料 PYBG-TMR、PYBG-BODIPY和ADBG-Np-OH都高效特异性标记表达在细胞核、线粒体、细胞质基质中的Snap-tag蛋白。荧光探针PYBG-NO在活细胞内成功响应信号分子NO;荧光探针PYBG-ClO在活细胞内成功响应次氯酸;荧光探针PYBG-Vis成功探测细胞内不同亚细胞器的粘度差异。2、设计合成了能够与蛋白反应的粘度探针Cl-N-Vis和M-Vis-A,比率型氧气敏感探针M-O-A。其中Cl-N-Vis和M-Vis-A的荧光寿命随着粘度变化呈现线性关系。探针Cl-N-Vis定位在脂滴中,通过荧光寿命成像方法展示了肝细胞(HL7702细胞)的脂滴粘度。探针M-Vis-A通过醛基与蛋白质上氨基的化学反应键合在线粒体上,并通过荧光寿命成像原位指示SMMC7721细胞病理状态下线粒体的粘度变化。探针M-O-A通过苄氯蛋白质上巯基的化学反应键合在线粒体上,并通过荧光比率成像原位的指示细胞内氧气浓度变化。3、结合不对称罗丹明和菁类染料,设计合成近红外荧光染料N-NIR、S-NIR和K-NIR,近红外pH荧光探针pH-A-NIR和pH-B-NIR;通过预留溴原子,得到衍生平台染料Br-N-NIR。在甲醇中N-NIR和S-NIR分别有0.4、0.21的荧光量子产率和10万以上的摩尔消光系数;荧光染料K-NIR有接近800nm的最大吸收波长。通过Br-N-NIR得到可用于Snap-tag标记的近红外底物PYBG-NIR,并实现PYBG-NIR特异性标记细胞核、线粒体、细胞质基质中的Snap-tag蛋白。pH响应探针pH-A-NIR(pKa=7.2)和pH-B-NIR(pKa=6.1)有接近中性pKa和较高荧光量子产率。pH探针成功实现探测活细胞内pH变化。