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线粒体通过产生能量和参与许多重要的生理学过程使细胞存活,是一种重要的细胞器。在细胞周期中,细胞新陈代谢、发育、分化和病变时,线粒体的数量和形态都是不同的。近年来的研究表明,线粒体的形态和数目直接与许多人类疾病相关,如癌症,神经退行性疾病和糖尿病等。有些报道还显示,参与凋亡的蛋白质可能影响线粒体的形态。因此,活细胞线粒体形态学成像在生物医学研究和诊断中的应用尤为重要。活细胞光学成像主要有生物发光(bioluminescence)和荧光(fluorescence)标记两种方法。生物发光是通过荧光素酶(Luciferase)对细胞进行标记,而荧光技术则是利用荧光探针来标记细胞。相较而言,荧光成像技术操作简单方便,直观易于观察,而且作用靶点多样,应用范围比较广泛。但生物体的皮毛、器官和体内食物等,在进行荧光成像过程中,被激发光激发也会产生内源性荧光即非特异性荧光,这大大影响了荧光成像的性噪比。虽然目前使用了不同方法来消除这种干扰荧光,但因为荧光自身的特性,还是没有将非特异性荧光完全消除。因此发展新的方法来消除生物体的自发荧光干扰,提高荧光成像的信噪比成为荧光成像技术亟需探索解决的问题。本论文第二章合成了两个近红外发光铱(Ⅲ)金属配合物,第三章合成了两个钌(Ⅱ)金属配合物,对这几个配合物进行表征,包括电子喷雾质谱、核磁共振、X-射线晶体衍射、光物理性质分析;采用激光共聚焦显微镜研究其在活细胞中的生物成像过程,包括线粒体定位、光漂白、解偶联CCCP实验;用MTT实验检测配合物的细胞毒性;用流式细胞术研究细胞的摄取机理;用电感耦合等离子质谱研究配合物在亚细胞中分布情况。研究表明,这些配合物光量子产率高,细胞迁移率高;stokes位移大,有利于区别内源性荧光;脂溶性和水溶性好,进细胞能力强;对细胞毒性小;在细胞内稳定性高,不易分解;具有很高的线粒体特异性;光稳定性好,不易漂白;对线粒体膜电位有高抗性,对环境pH变化具有明显的耐受性。这些优良的光物理化学和成像特性使它们成为应用于细胞成像的有前景的生物发光标记探针。随着生命科学技术的发展,越来越多的生物技术应用于诊断与治疗疾病,以提高人类生活质量。微生物普遍存在于自然界,与人类生活息息相关。人类利用微生物的分解作用,发现了可以降解有毒物质的细菌,用于治理环境污染;利用真菌的发酵作用,将食物进行转化,用于改变食物风味及保存食物。但是越来越多的报道表明,有些细菌和真菌会感染人类,使人类患上严重的疾病甚至死亡。因此,人们越来越重视对抗菌药物的研究。从早年的抗生素类药物到近代的化学合成抗菌药,人类从来没有停止过对抗菌药物的探索。但由于细菌种类多且复杂,繁殖快,容易产生变异,许多抗菌药物都存在抗菌谱窄,容易产生耐药性等特点。为了寻找抗菌活性强,性质稳定且不易产生耐药性的抗菌药物,近年来开始出现对金属配合物的抗菌活性的研究。本论文第四章合成了5种铱(Ⅲ)和钌(Ⅱ)的单核、双核及异核金属配合物,针对革兰氏阴性菌大肠杆菌,革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌和真菌烟曲霉,对其进行了抑菌作用、光毒性、电子显微镜、荧光显微镜、Zeta电位等一系列研究,发现这5种配合物具有很好的抗菌活性,性质稳定,且很容易进入细菌,能够对细菌染色体进行定位。为寻找新型抗菌药物提供了有力依据。