诺贝尔生理学奖得主阐明了嗅觉系统工作的基本原理,基于此科学家们发展了传感器阵列。传感器阵列由多个传感单元组成,每一传感单元对不同物质具有不同程度的响应,各传感单元对同一物质具有不同程度的响应,因此其具有交互响应的特点,可对结构相似分析物形成特征的指纹图谱。传感器阵列不仅能够区分结构相似的分析物,而且能够对混合样品、复杂样品进行区分识别,从而获取有效的识别信息。传统的传感器阵列由于过度依赖传感单元数目,导致样品消耗量大、数据处理繁杂及激发波长多的劣势,科学家们又致力于发展新型荧光传感器阵列,以期其具有更少的传感单元、更易的数据采集、更简单的合成过程及单一激发波长。因此,单元数目小于5的传感器阵列成为发展的新趋势,受到人们的关注,即低单元数目的传感器阵列。近年来,单一荧光传感器也备受关注,单一荧光传感器具有指纹图谱识别能力,基于多波长交互响应进行传感。这一类荧光传感器的优势是利用多波长交互响应代替多传感单元交互响应,在不同的发射波长处,对于特定的分析物,传感器具有不同的响应,在相同的发射波长条件下,分析物不同,产生的响应变化也不一样。因此,不同波长处的响应信号可作为一个信号输出,对不同发射波长处的响应数据进行采集,处理之后就能产生特定分析物的指纹识别图谱。此类传感器,既具备阵列的识别模式,又仅需一次光谱扫描就可完成数据采集,大大简化了数据采集过程,同时也降低了样品消耗量。另外,单一荧光传感器的区分识别能力远大于选择性传感器,数据采集方式比多传感单元传感器简单,成为新的研究热点。本论文在重点介绍了具有多分析物识别和区分能力的荧光分子传感器及阵列的研究进展基础上,结合本实验室已有的表面活性剂聚集体调控的对多分析物检测和区分识别的荧光传感器及阵列的研究,发展了可对生物分子如蛋白质、有机酸等检测和区分识别的低单元数目的荧光传感器阵列。本论文的工作主要有以下几部分:第一部分工作设计、制备了寡聚乙氧基为连接臂的双芘荧光衍生物4及胆固醇基团修饰的双芘荧光衍生物6,研究发现阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵CTAB可调控双芘荧光衍生物4和6的光物理行为,基于此,将双芘荧光衍生物4和6与CTAB组装构成传感单元,构建了二单元传感器微阵列。荧光滴定实验显示了此二单元传感器阵列对不同金属蛋白既具有典型的传感单元交互响应性,同时也具有多波长交互响应的性质,可对不同金属蛋白形成特征的指纹识别图谱。线性判别分析(LDA)数据处理表明此二传感单元微阵列可实现对血红蛋白、肌红蛋白、铁蛋白、细胞色素c及乙醇脱氢酶五种金属蛋白有效区分识别,最低区分浓度可低至10 nM。此外,此传感器微阵列也可对未知金属蛋白样品进行准确的区分识别。时间分辨荧光衰减及动态光散射DLS实验表明不同的猝灭机理及金属蛋白和CTAB组装体之间的不同静电相互作用是使此二单元传感器微阵列对金属蛋白具有交互响应的主要原因。第二部分工作利用第一部分工作合成的胆固醇基团修饰的双芘荧光衍生物6,采用薄膜分散法制备了掺杂双芘探针分子6由不同磷脂分子构成的脂质体,以期利用磷脂分子的不同头基,通过不同相互作用实现生物体系对不同蛋白质的区分识别。动态光散射测量表明所制备的脂质体具有非常均一的粒径。双芘荧光探针6/脂质体的光物理行为研究表明,随着双芘荧光探针6浓度的增加,脂质体体系的IM/IE值逐渐降低,当双芘荧光探针6的浓度达到0.2mM时,体系的IM/IE值不再发生明显变化。荧光传感行为研究表明,6/DMPG脂质体体系对金属蛋白ferritin及Cyt-c均具有响应,而对非金属蛋白无响应;6/DPPC脂质体体系仅对金属蛋白ferritin有响应,而对其它蛋白均无响应。同时研究表明,6/DPPC脂质体体系对铁蛋白的检测灵敏度并不明显依赖于6/DPPC脂质体体系中所含双芘荧光探针6的浓度。第三部分工作设计制备了含酰胺、叔胺基团的荧光增强型罗丹明B衍生物。荧光稳定性研究表明,10 μM罗丹明B衍生物在含0.4%的乙腈水溶液中具有良好的稳定性。荧光滴定实验发现Fe3+、Cr3+和A13+这三种三价金属离子均可使罗丹明B衍生物荧光强度增强,金属离子浓度相同时,荧光增强程度大小依次为Fe3+>Cr3+>A13+。随后的研究发现该探针在1%的血清中对Fe3+、Cr3+和A13+三种金属离子仍具有良好的响应。接着以金属离子/罗丹明B衍生物二元体系为传感平台,考察了对柠檬酸盐、酒石酸盐等六种有机酸盐的荧光响应行为,采集三种二元体系在581 nm处的荧光强度变化lg(I/I0)值,并将这三个荧光响应信号组合,可得到对每一种有机酸盐的特征指纹图谱,有望实现对有机酸盐的区分识别。第四部分工作设计合成了以芘及罗丹明为荧光基团,寡聚乙氧基为连接臂的双荧光团探针,以期利用能量共振转移作用来增加体系对不同分析物多波长交互响应的能力。通过对该探针基本光物理行为的考察发现,该探针可在HEPES缓冲液中形成明显的基激缔合物发射,同时具有良好的荧光稳定性,这为实现能量共振转移奠定了基础。通过紫外吸收研究发现该探针在DMSO及HEPES中仅表现出芘荧光团的特征吸收,而无罗丹明B荧光团的吸收。该工作拟利用此荧光探针分子实现在HEPES缓冲液中对不同金属离子的多波长交互响应;同时,利用金属离子/探针二元体系实现对相关生物阴离子的区分识别。