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在生物研究中，细胞是生物基本结构和功能单位。细胞成像技术为生物学家研究细胞、蛋白质以及众多生物分子之间相互作用和生理过程提供了一种有效的技术手段。有机小分子荧光染料由于合成方便、灵敏度高、结构易修饰等特点，成为细胞成像的主要染料。斯托克斯位移(Stokes shift)是荧光染料重要的理化参数之一，小的斯托克斯位移的荧光染料由于存在分子的自吸收现象导致其灵敏度下降、荧光淬灭等问题，不利于细胞成像。本论文针对目前已报道（已商业化）的荧光染料普遍存在斯托克斯位移较小这一实际问题，开展了几种具有大的斯托克斯位移的荧光染料的设计与合成，并探索了它们在细胞成像中的应用。主要内容如下: 1、设计合成了一种新型水溶性红色荧光染料，该染料由双氰异佛尔酮-N,N-二甲胺基苯乙烯为发光团，聚乙二醇单甲醚为水溶性基团构筑而成。实验结果表明:该染料在水溶液中具有深红外荧光(λem=665 nm)，其斯托克斯位移长达130nm。体外细胞成像表明，该染料可以选择性染色线粒体，且成像清晰。 2、通过“一锅煮”方法合成了一种基于酚噁嗪衍生物的新型近红外荧光染料。实验结果表明:该染料在PBS缓冲溶液中具有近红外发射(λem=700 nm)，其斯托克斯位移长达110 nm。体外细胞成像表明，该染料可以选择性染色线粒体，成像清晰、光稳定性好。 3、设计合成了一种基于苯并噁唑类衍生物的新型荧光染料。该染料在PBS缓冲溶液中具有橙色荧光(λem=568 nm)，其斯托克斯位移长达163 nm。体外细胞成像表明，该染料可以选择性染色线粒体，成像对比度高、抗光漂白性好。