荧光成像技术的发展为医学诊断、生物学研究等领域提供了高灵敏度、高时间及空间分辨率的实时监测工具,如在微观尺度观测亚细胞器结构与功能,又如在宏观尺度监测术中肿瘤边缘精细结构。其中,功能性荧光示踪剂是荧光成像技术中最为关键的信号载体,是实现精准成像的材料基础。随着生物医学研究的深入和荧光成像仪器的发展,人们对疾病发生和发展的认识已达到亚细胞器乃至分子水平,对荧光成像试剂的靶向性能也提出了更高的要求。本文以BODIPY为母体结构,通过叔胺、季铵及羧酸、磺酸等极性基团的引入调控示踪剂的理化特性,分别提出了酸环境依赖型类磷脂结构作为溶酶体膜的示踪剂和可化学固定型类磷脂结构作为细胞膜的示踪剂,并通过共聚焦荧光成像及STED超分辨荧光成像揭示了溶酶体膜结构及细胞膜结构在生理和病理过程中的精细结构特征,具体研究内容包括:第一,通过酸环境依赖型类磷脂结构设计,得到系列溶酶体荧光示踪剂Lyso-dyes,将溶酶体示踪成像精准度提升至溶酶体膜水平。该部分研究以咔唑基BODIPY衍生物为母体,通过“Click”反应引入双叔胺基团（Lyso-610,Lyso-650,Lyso-700和Lyso-750）。在中性的生理环境中,分子中咔唑基BODIPY母体及双叔胺基团均为亲脂性,叔胺的弱碱性使分子易于富集到细胞内酸性溶酶体中;在酸性环境中叔胺阳离子化,由亲脂性叔胺转化为亲水性季铵,使示踪剂分子变为一端亲水另一端疏水的两亲性类磷脂结构,易于嵌入溶酶体膜结构中,即酸环境依赖型类磷脂结构使系列示踪剂分子具有溶酶体膜靶向性能。光谱测试表明Lyso-dyes在酸性脂质环境中具有强长波长吸收(e=102,498-12,015 M-1cm-1)、强长波长发射（Φ=0.44-0.91）,而在中性水溶中几乎无荧光（Φ≤0.01）;活细胞成像研究表明,Lyso-dyes能够在纳摩级染色浓度下精准指示溶酶体膜结构,应用STED超分辨成像技术首次在纳米级分辨率水平上展示了溶酶体膜的微观形态。综上,Lyso-dyes系列示踪剂可精准靶向活细胞中溶酶体膜结构,其发光性能优异、细胞兼容性高、染色操作简洁,作为新型溶酶体示踪剂具有潜在的实用价值。第二,通过两亲性类磷脂结构及活泼酯的设计,得到系列细胞膜荧光示踪剂Mem-F和Mem-F-sulfo,显著提升示踪剂靶向细胞膜的稳定性。该部分研究以咔唑基BODIPY衍生物为母体,通过季铵化反应引入N-羟基丁二酰亚胺（NHS）、N-羟基丁二酰亚胺磺酸钠盐（Sulfo-NHS）。分子中咔唑基BODIPY母体具有亲脂性,季铵盐部分具有亲水性使分子具有两亲性类磷脂结构,易于嵌入细胞膜结构;其中活泼酯结构可通过化学反应标记于细胞膜内的蛋白质分子上,延长示踪剂在细胞膜中的停留时长。光谱测试表明系列示踪剂在脂质环境中具有强长波区吸收(e=85600-102350 M-1cm-1)、强长波长发射（Φ=0.97）,而在水环境中由于聚集而淬灭荧光（Φ=0.09）。活细胞荧光成像表明Mem-F和Mem-F-sulfo具有精准的细胞膜靶向性,且Mem-F-sulfo能够稳定的停留于细胞膜长达60分钟。综上,Mem-F-sulfo展示出稳定的细胞膜靶向性能,可用于长时间示踪细胞膜相关的生理活动。