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本文基于空间诱导PET、时间依赖ICT和金属络合物识别等检测机理，针对生物体内与重大疾病相关的金属离子、氨基酸及活性酶等客体，设计、合成了三类用于疾病诊断相关靶标检测的小分子荧光探针，从而实现对客体分子的高选择性和高灵敏性识别。
1.设计、合成了特异性检测碳酸酐酶Ⅸ(CAⅨ)的荧光探针Z1。利用哌嗪环的船/椅式构象变化，基于空间诱导PET原理，设计了高选择性碳酸酐酶Ⅸ荧光探针Z1。实验研究发现，Z1对碳酸酐酶Ⅸ抑制常数远低于碳酸酐酶Ⅰ和Ⅱ。当探针与碳酸酐酶不同亚型结合时，碳酐酶Ⅸ导致Z1的荧光增强，而碳酸酐酶Ⅰ和Ⅱ导致荧光减弱，说明Z1对碳酸酐酶Ⅸ具有非常好的选择性和灵敏度。同时，Z1还能很好地实现对细胞内碳酸酐酶Ⅸ的检测和成像。本文同时对细胞内碳酸酐酶和Z1结合的动力学分析和成像进行了初步探索。
2.设计、合成了具有比色和荧光双重响应的组氨酸检测荧光探针S1。探针S1为比例型探针M2和Cu2+复合物。S1高选择性和高灵敏性双色识别组氨酸;研究同时发现，S1对富含组氨酸残基的蛋白质有很好地响应，能实现活细胞中游离组氨酸的检测和成像。S1合成非常简便，对组氨酸双色响应，具有潜在的应用前景。
3.设计、合成了时间分辨金属离子荧光响应探针E3。实验结果表明，E3只对Co2+、Cu2+和Ni2+三种离子有荧光响应，并且三种离子的响应曲线与离子和探针的结合时间有非常大的关系。进一步研究发现，Co2+、Cu2+和Ni2+三种离子与E3结合时间不同，从而影响E3在474nm处的荧光发射强度。金属竞争实验发现，Co2+的加入会影响Ni2+和Cu2+在474nm的出峰时间，但Ni2+不会影响Cu2+离子的出峰时间，因此利用不同离子组合对不同时间E3荧光发射光谱的影响，可以时间分辨性识别Co2+、Cu2+和Ni2+三种离子以及[Co2+Ni2+]和[Co2+Cu2+]两对离子组合。