近年来,荧光成像技术已成为监控生命体中活性分子及其生理过程最有效的手段之一,而性能优越的荧光分子探针是实现成像分析最坚实的物质基础。这其中,由于氧杂蒽类染料优良的光学性能,被广泛应用于发展各种小分子荧光探针。然而,氧杂蒽类染料自身存在着一些不可忽视的问题,极大地限制了它们的发展。第一,就目前而言,基于氧杂蒽类染料构建的荧光分子探针大多需要经过特殊、复杂的合成路线,因此,研发出能够简单易成且检测精准的此类探针显得尤为迫切;第二,该类探针分子大多集中在可见光区域,而可见光成像技术的背景荧光较强,组织穿透性较弱,不利于其在细胞生物标记领域的应用;第三,氧杂蒽类染料存在的另一个缺陷是Stokes位移较小,这样会造成由Rayleigh散射引起的误差和严重的荧光淬灭现象。本文着眼于氧杂蒽类染料结构上的创新,设计并合成了一系列新型的氧杂蒽类染料,旨在解决目前该类染料在荧光分子探针的构建和应用方面出现的一些棘手问题,为达成此目标,本论文的研究工作开展如下:(1)设计合成了一种新型的氧杂蒽染料R,R是Rhodafluor的同分异构体,其氧杂蒽上两个羟基的位置由Rhodafluor的间位变成了对位,因此性质发生了明显改变,兼具了很多Rhodafluor无法比拟的优势。首先,我们探究了R在不同溶剂中的光谱性质,发现只有在水中或加入TFA时,R才会有明显的吸收峰和发射峰,说明只有在水中或酸性条件下,染料R的螺环内酯结构才会打开,形成大的共轭体系。在水中,R的最大吸收和发射波长相较Rhodafluor都产生了红移,且Stokes位移也增大两倍之多。最值得一提的是,R在水中的p H适用范围为3-11,这为其在接近生理条件下进行细胞生物标记方面的应用奠定了基础。接着,我们在染料R的氧杂蒽的羟基位置和螺环内酯的羧基位置进行了不同修饰,设计合成了三种R的衍生物R1、R2和R3,这三个衍生物都是能够高选择性识别Hg2+的荧光分子探针,且抗干扰能力较强。经过非线性拟合公式求得的结合常数分别为1.10×104 M-1(R=0.991)、2.72×105 M-1(R=0.996)和1.27×103 M-1(R=0.992),对Hg2+的检测限分别为3.32×10-9 M、8.82×10-7 M和2.66×10-6 M。(2)基于上述设计思路,我们又合成了其它三种新型的氧杂蒽染料X、Y、Z,这三种染料在水中的p H适用范围分别为3-10、4-10和3-11,正好处于生理p H范围,具有细胞标记领域应用的潜力,我们也运用荧光倒置显微镜证明了这三个染料较好的细胞膜透性。最后,我们对染料Z进行了修饰,得到Z的衍生物Z1,Z1同样能够对Hg2+进行高选择性、高灵敏度的识别,其经过非线性拟合求得的结合常数为4.53×103 M-1(R=0.991),检测限低至4.36×10-8 M。综上所述,本论文设计合成了四种新型的氧杂蒽类染料,并以这些染料为母体衍生合成了一系列检测Hg2+的荧光分子探针。出发点是染料分子结构上的创新,目的是为氧杂蒽类染料在荧光探针的构建和应用方面出现的瓶颈问题提供一些有效的解决方案。