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细胞中的小分子生物硫醇化合物半胱氨酸(Cys)、同型半胱氨酸(Hcy)和谷胱甘肽(GSH)与复杂生物环境中的生理和病理过程关系密切,其含量异常与许多疾病息息相关。因此,高选择性、高灵敏度的检测生物体内小分子生物硫醇化合物,对研究其在生物系统中的生成、功能和代谢意义重大,同时也可以促进相关疾病的早期诊断、干预和治疗。近年来,荧光探针法与荧光共聚焦成像技术因其非侵入性和简便高效的优点广泛应用于生物体内小分子化合物的检测与成像中。由于Cys、Hcy和GSH具有极其相似的化学结构,其中Hcy仅仅只比Cys多了一个亚甲基,但是其细胞内浓度却远远低于Cys,所以选择性检测三者或特异性识别其中任何一个都具有重大意义。鉴于此,本论文的工作就是从我们课题组长期研究的具有优异性能的BODIPY类荧光染料出发,通过调控BODIPY的分子结构来构建新型荧光探针,期望其能区分检测Cys、Hcy和GSH。在第二章中,我们以BODIPY母体结构为核心,在1-,3-位引入甲基,5-,7-位引入苯基构建了具有较高量子产率、较好稳定性的荧光染料Cl-BDP-CF3、C1-BDP-H和Cl-BDP-OMe。为了研究非对称BODIPY类染料在荧光探针构建方面的应用,设计采用亲核取代反应在BODIPY的meso位引入对甲氧基苯硫醚基团作为小分子生物硫醇化合物的识别基团,同时该基团也可以通过PET机制淬灭BODIPY染料的荧光,以此构建出探针BDP-CF3、BDP-H和BDP-OMe。三个探针凭借meso位的硫醚键与小分子生物硫醇化合物Cys和Hcy的芳香亲核取代-重排反应实现了在溶液中快速选择性检测Cys和Hcy,且检测限都在100 nM以内,比人体血浆中Cys和Hcy的含量要低一个数量级,适合于生物体系中Cys/Hcy的定量检测。其中与Cys/Hcy响应速度最快、检测限最低的BDP-CF3实现了在Hela细胞中选择性成像Cys/Hcy。同时,我们发现即使在远离亲核进攻位点处引入电负性各异的取代基依旧能够影响探针对生物硫醇的选择性响应,其中吸电子取代基更有利于亲核进攻的进行。在第三章中,为了设计区分检测Cys和Hcy的荧光探针,我们在BODIPY母体结构1-,7-位引入甲基,3-,5-位引入对甲氧基苯基设计合成了荧光染料Cl-BDP-Me,并创新性的使用具有强拉电子作用的噻唑硫醚基团依靠对BODIPY产生PET作用而淬灭了BODIPY染料的荧光,同时也作为小分子生物硫醇化合物的识别基团构建了能够特异性检测Cys的荧光探针BDP-Me。小分子生物硫醇化合物Cys进攻探针meso位的硫醚键,进而发生芳香亲核取代-重排反应使得探针在30分钟内不受其他氨基酸、活性硫物种和常见阴、阳离子的干扰而特异性识别检测Cys,并在567 nm处产生将近30倍的荧光增强。此外,探针对Cys具有高度敏感性,其检测限低至26 nM,完全适用于生物系统中Cys的定量检测。最后,通过利用共聚焦荧光成像技术,成功实现了对Hela细胞内源性Cys的特异性识别成像,使得探针有望成为一种高选择性、高灵敏度的荧光成像工具来研究生物系统中Cys的浓度水平,进而研究其化学生物学功能。