过氧化氢(H202)是一种重要的活性氧分子,经氧化酶活化产生。它在生理过程中扮演多种角色,包括防御反应,蛋白质可逆氧化,氧化损伤和细胞信号转导等。目前报道了许多基于过氧化氢响应的荧光探针,这些探针为实时观测、评估细胞内过氧化氢提供了可视化的研究工具。但这种定位性或非定位型H2O2荧光探针由于在细胞内部具有一定扩散性,其结果易对研究者产生误导。尤为重要的是,猝灭效率,背景荧光,细胞通透性以及假阳性信号等因素会对检测细胞器内H2O2产生影响,进而限制了荧光探针在临床诊断领域的应用范围。此外,基于过氧化氢诱导肿瘤药物递送系统也是目前亟需探讨的研究热点。基于此,本论文着重从化合物分子结构的修饰改进入手,设计合成了一系列新型多功能荧光染料,以期解决上述作用过程中遇到的瓶颈问题。本论文拟从以下四个方面开展工作:(1)借助溶酶体弱酸性(pH 4-6)的性质,设置溶酶体“窗口”平台来监测细胞内过氧化氢与可视化荧光探针之间的信号传递。在作用过程中,可以通过溶酶体“窗口”窥探到相应的荧光信号,进而反映细胞内H202的整体水平。(2)本章设计合成了一种特异性靶向溶酶体的荧光探针。在其骨架上嵌入螺环结构作为H+的响应位点,引入芳代硼酸酯作为H202识别基团,将吗啉设置为溶酶体定位基团。这种有别于传统单分析物激发检测的荧光探针可有效避免溶酶体的“碱化”,消除细胞假阳性信号,从而特异性检测溶酶体内源性H2O2。过氧化氢和pH“触发点”同时激发的策略确保只有在溶酶体中,检测物才能被“唤醒”,从而进行相关生物成像探究。(3)鉴于偶氮苯的生物学意义,本研究开发了一种新型荧光探针,用于探究线粒体H202的活动迹象。此探针以氧杂蒽结构为骨架,引入三苯基磷作为线粒体靶向基团。考虑到荧光共振能量转移(FRET)体系非特异性结合方式的缺陷,在该工作中将上述荧光团与猝灭剂DABCYL予以“捆绑”策略,以达到消除背景荧光干扰和增强细胞渗透性的目的。(4)本章内容中,前药借助叶酸配体,引入过氧化氢响应位点-硼酸酯,将抗癌药物(喜树碱)嵌入氧杂蒽衍生物荧光团中,以期通过荧光信号转导来达到实时监测药物控释行为的目的。在荧光团的选择中,我们延续了第四章中提到的探针骨架,因其具有良好的光学特性,通过分子内1,4-消去反应,可显著降低背景荧光,并提高相应的进细胞效率。