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基于荧光信号转换的小分子荧光探针具有响应时间短、灵敏度高、操作简单、可视化方便等优点。同时其结构易于修饰,可以准确地靶向定位于亚细胞器,如溶酶体、线粒体、细胞核和细胞膜等,荧光探针被广泛应用于生物检测方面。针对构建探针的氧杂蒽类染料在活体成像中的缺陷,以及在亚细胞器中检测目标分析物的不足等关键问题,本论文从设计新型氧杂蒽荧光染料的结构入手,设计合成了新型氧杂蒽类染料R4、H2和X2,并基于这些染料构建了可以在特定的细胞器或者细胞中检测金属离子和识别pH值的新型荧光探针。其主要内容如下:1.通过直线拓展氧杂蒽环的共轭结构,合成了新型氧杂蒽染料化合物R4。染料R4保留了罗丹明染料结构中易于化学修饰的螺环内酯官能团。通过在螺环内酯结构上引入识别基团合成了探针R-Hg和R-Cu;探针R-Hg和R-Cu分别实现了对汞离子和铜离子高灵敏度、高选择性的检测。而且探针R-Hg和R-Cu展现出了良好的膜穿透性、生物相容性;并能够分别靶向定位于溶酶体中,实现溶酶体中汞离子和铜离子的荧光成像检测。2.根据化合物结构中吸电子基团对其化学性质和光物理性能的影响,我们用吸电子基团-乙酰基代替氧杂蒽染料R4中的氰基,合成新型氧杂蒽染料化合物H2。光谱研究表明该染料对pH极为敏感,其pKa正好处于细胞生理pH附近。因此,利用该染料探索了细胞中pH值的荧光成像检测工作。3.通过杂化咔唑和罗丹明的结构合成了新型荧光染料X2。光谱研究表明该染料不但在常见溶剂中保持开环的状态,而且该染料的荧光量子效率高,pH耐受度极宽。通过在染料X2中引入识别基团-羟乙基肼,合成了荧光探针X3。探针X3保留了染料X2的稳定性,在pH=3.0-12.0都可以对铜离子进行选择性识别,并且探针X3可以应用于细胞中对铜离子进行荧光成像检测。本论文设计并合成了三种新型荧光染料R4,H2和X2,通过系统研究表明:它们具有光信号稳定、细胞膜渗透性强、生物相容性好等特点。同时,通过在这些染料结构中引入识别基团分别构建了荧光探针,并成功实现了对目标物的检测和细胞中的荧光成像检测。