荧光分子检测成像是一种新的分子成像技术,其突出特点是非入侵性地对活体内参与生理和病理过程的分子事件进行定性或定量可视实时观察,是目前国际上公认的开展活体内分子事件研究的主流手段之一,在生理代谢、疾病早期诊断、新药研发与药效监控等诸多领域有着重大的应用价值。铜元素是排在铁元素和锌元素以后在生物体内含量处于第三位的必需微量金属元素。铜元素在生物体系中以还原态的一价铜离子和氧化态的二价铜离子两种形式存在,同时两种形式的铜离子可以相互转换。铜离子合适的氧化还原性质,是诸多具有重要蛋白酶的辅助因子,在生理活动中发挥着重要作用。铜离子代谢失调将导致多种疾病,因此,生物体系中铜的检测对于理解铜离子生理功能以及其在病理中的作用具有重要意义。荧光探针是荧光分子检测成像技术的核心。本论文基于冠醚结构对于金属阳离子具有特异性螯合性质,设计并合成了一类以氮杂冠硫醚为亚铜离子识别基团的荧光分子探针,并将其应用于活细胞铜离子荧光检测成像,具体内容如下:1.氮杂冠硫醚的设计合成与路线优化。三单元结构冠状硫醚结构难以控制,本论文通过控制反应体系中碱的亲核性、反应物浓度以及反应物的加入顺序,成功以一步法合成了三单元结构的氮杂冠硫醚。并且通过延长反应时间、增加无机碱的反应浓度,使得三单元结构的氮杂冠硫醚的产率由5%提高至27%,提高了4倍。2.以氮杂冠硫醚为亚铜离子识别基团萘酰亚胺类荧光探针的合成及表征。本论文通过在1,8-萘酰亚胺的4位引入了氮杂环丁烷,有效抑制了扭曲的分子内电荷转移（TICT）形成,制备了具有优异光物理性质的萘酰亚胺类荧光探针Nap-1,其荧光量子产率高达90%。进一步将氮杂冠硫醚亚铜离子识别基团与萘酰亚胺偶联,制备了对亚铜离子具有特异性识别的荧光探针Nap-2。探针Nap-2具有荧光增强响应特性,结合亚铜离子后其荧光强度增强了3倍。3.以氮杂冠硫醚为识别基团硅基罗丹明荧光探针设计与亚铜离子检测成像。将硅基罗丹明与氮杂冠硫醚亚铜离子识别基团偶联,制备了对亚铜离子具有特异性识别的近红外荧光探针Si R-1。荧光性质研究表明:在PBS溶液中Si R-1的最大吸收峰位于661 nm,最大发射峰位于685 nm,摩尔吸光系数为8.81×104 M-1cm-1,荧光量子产率7%。当结合亚铜离子后,Si R-1发光强度明显增强,荧光量子产率升高到29%,提高4倍,说明Si R-1能够实现亚铜离子的荧光增强检测。稳定性实验表明Si R-1具有良好的化学稳定性以及光稳定性,有利于复杂环境下进行长时间成像。活细胞荧光成像实验表明:探针Si R-1定位于细胞线粒体,能够检测到活细胞线粒体内亚铜离子的动态变化。