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细胞内pH值在人体的各种生理活动如细胞的增殖和凋亡、离子转运、内吞作用等中都起着很重要的作用。细胞内不正常的pH值波动有可能使细胞功能发生紊乱，从而导致疾病的发生，例如癌症和阿尔茨海默综合征等。细胞内不同的细胞器具有不同的pH值以维持各自的功能，例如溶酶体内pH值为弱酸性(4.5-5.5)、线粒体内pH值为弱碱性(～8.0)等，这也是细胞能够正常进行各项生理活动的重要保证。因此，对细胞内pH值和不同细胞器内pH值的检测研究能够为细胞生理学和病理学提供重要的信息。 在众多检测细胞pH值的方法中，荧光探针以其灵敏度高、选择性好、响应时间短、实时监控、并且可以原位观察等优点得到了广泛的应用。根据检测过程中荧光的变化，可以将荧光探针分为荧光增强或减弱型和比率型。与只有荧光强度（增强或减弱）变化的探针相比，不同荧光波长位置强度比例的变化即比率型荧光探针具有其独特的优势，如检测过程中不受探针浓度的影响和受周围环境影响很小等。此外，比率型荧光探针的光谱形状及比率的变化值与待检测物的浓度一一对应，从而可以实现对被分析物的定量检测。 在荧光探针的设计过程中，荧光分子的选择起着至关重要的作用。多环芳香化合物芘的单体及其激基缔合物具有高的量子产率，且对微环境的改变具有很强的敏感性。因此，芘是设计微环境荧光探针时的重要备选分子。 基于以上考虑，本文基于发色团芘和含有双芘的三芳基硼化合物，设计、合成了三个比率型pH荧光探针，研究了它们的基本光物理性质及其荧光对pH值的刺激响应性。主要内容如下: 1.利用分子内电荷转移机理设计、合成了一个基于芘的pH荧光探针HPC。我们用聚氨酯水凝胶负载HPC并制备成纳米水凝胶pH荧光探针NGI，以增加探针的生物相容性。NGI的吸收和发射光谱都显示出对pH值很好的依赖性，且随着pH值的增加，荧光发射峰有一个100 nm的位移，因此可以高分辨率地实现对pH值的比率检测。此外，NGI具有好的选择性和可逆性、低的细胞毒性和良好的光稳定性等优点。细胞实验表明NGI不仅可以均匀分散于细胞质内，而且能够实时检测双氧水刺激下细胞内pH值的变化。 2.基于含有双芘的三芳基硼化合物设计、合成了一个用于检测细胞质pH值的荧光探针DPTB-OH，该探针可以实现对pH值的比率型检测。我们用聚氨酯水凝胶负载DPTB-OH来增加探针的生物相容性。制成的纳米水凝胶荧光探针NG-DPTB-OH对pH值检测具有很好的选择性，在pH值4到9之间具有良好的可逆性。细胞实验表明NG-DPTB-OH具有良好的透膜性，可以均匀分散在细胞质内，并且具有低的细胞毒性和良好的耐光性。 3.设计、合成了可以定位到线粒体、基于芘的比率型pH荧光探针Mito-pH-1。Mito-pH-1的吸收和发射光谱在pH值为4到11的范围内显示出对pH值很好的依赖性。此外，该探针具有高的量子产率、良好的选择性、受外界环境（温度）影响很小和良好的可逆性。细胞实验进一步显示出Mito-pH-1能够同时定位到正常细胞和癌细胞内的线粒体。温度和双氧水刺激实验表明Mito-pH-1可以实时监测癌细胞和正常细胞线粒体内pH值随时间的变化。