细胞穿膜肽是一类具有穿透细胞膜能力的短肽载体,可以转运小分子化合物、多肽、蛋白质、核酸和纳米颗粒等不具透膜能力的外源分子进入活细胞。虽然已有20多种细胞穿膜肽成功用于不透膜分子的跨膜转运,但却难以将其应用于活体水平的研究,主要因为：1)它们大部分由天然氨基酸组成,所以很容易被细胞或血液中的蛋白酶降解,因此生物稳定性较低；2)基于天然氨基酸的细胞穿膜肽,在低浓度下通常被细胞以胞吞的方式摄取,因此会被困在囊泡中不能释放到细胞浆或进一步被转移到溶酶体进行降解,从而无法发挥其生物学功能。为了解决这些问题,非天然氨基酸被引入细胞穿膜肽的设计,研究发现基于非天然氨基酸的新型细胞穿膜肽,不但具有很强的抗蛋白酶降解能力,而且可以直接穿透细胞膜后在细胞浆中均匀分布。α-氨氧基酸作为一种新型的非天然氨基酸,具有很高的生物稳定性和形成二级结构的能力,因此,基于α-氨氧基酸的多肽可能是一种新型的细胞穿膜肽。本文首先以α-氨氧基酸为结构单元,设计与合成了一系列基于α-氨氧基酸的新型细胞穿膜肽,并对其生物学性质和跨膜机理进行了研究；其次,以细胞穿膜肽为连接基团,设计与合成了一种透膜分子探针,并对其穿膜性质进行了研究。本文的主要内容和实验结果总结如下：1)设计与合成了一系列基于α-氨氧丙氨酸的新型细胞穿膜肽,并对其二级结构和生物学性质进行了研究,结果表明基于α-氨氧丙氨酸的新型细胞穿膜肽具有双亲性的二级结构,并且可以在细胞浆内均匀分布,但其跨膜效率很低。2)设计与合成了一系列基于α-氨氧赖氨酸的新型细胞穿膜肽,并对其生物学性质进行了研究,结果表明一种基于α-氨氧赖氨酸的混合型细胞穿膜肽,具有生物稳定性高和细胞毒性低的特点,并可以在细胞浆中均匀分布。进一步对其跨膜机理进行研究并发现,该混合型细胞穿膜肽主要通过直接跨膜的方式进入细胞。3)设计与合成了一种基于细胞穿膜肽的透膜分子探针,并对其穿膜性质进行了研究,结果表明将细胞穿膜肽引入不透膜分子探针的结构中,可以促进其穿透细胞膜后并进入活细胞。将α-氨氧基酸引入到细胞穿膜肽的研究,不仅为细胞穿膜肽的设计提供了新思路,还加深了对细胞穿膜肽跨膜机理的认识,同时还为基于α-氨氧基酸新型细胞穿膜肽的应用奠定了技术和理论基础。