癌症是人类健康的最大威胁之一,由于癌细胞异常增殖,导致其微环境呈现弱酸性状态（pH～6.5）,K+及H2O2浓度也显著高于正常生理水平,这些生理特征对于相关疾病诊断与治疗具有重要意义。目前,人们针对以上生理特征已开发出一系列生物传感器,包括响应H2O2的荧光探针,基于DNA G-四链体（G4）、i-motif的pH、K+传感器等,在此基础上,我们尝试结合pH开关的荧光探针与G4结构,发展建立一种能够同时反映癌细胞多种生理特征的荧光分析体系。尽管pH开关的荧光探针已有报道,但其pKa与癌细胞微环境的pH不匹配,考虑到其中高水平的K+,我们借助G4结构很好地克服了这一问题,首先开发出一种在特定pH范围内响应的G4荧光配体,据此建立了 K+、H+控制的H2O2荧光传感器,并应用于癌细胞环境中的H2O2检测,通过对三种目标物的同时特异性分析,提高对癌细胞微环境识别能力。本论文包括以下两部分研究内容:1.pH开关的G4荧光配体的设计合成。苯并噻唑类花菁染料是一类常用的荧光染料,由于其共轭链上的碳碳双键易与外源分子发生加成反应,故被选择为G4荧光配体的分子骨架,对其噻唑环上的N原子进行不同取代基修饰,引进了氨基、羧基、羟基三种较为常见的官能团,得到相应荧光配体,其中氨基修饰的荧光配体3-氨基丙基-2-（4-吡咯烷）苯并噻唑-3-鎓溴化物（PSNB）与G4结构结合后产生强烈的荧光信号,最大荧光增强倍率达到160倍。在酸性条件下,PSNB处于荧光点亮状态,其pKa为5.2,能够高效结合目标G4结构（Kd～0.67μM）,并且在绑定状态下,PSNB的pKa增大了 1.8个单位,与癌细胞微环境的pH吻合,为相关生物分析应用奠定了坚实基础。2.逻辑控制的H2O2荧光传感器。在以上工作基础上,我们进一步将设计开发的PSNB荧光探针应用到癌细胞微环境中的目标物检测方面。PSNB能够与HSO3-发生加成反应,荧光被淬灭,加入H2O2后,HSO3-发生氧化脱落,使PSNB恢复到初始的荧光激活状态。基于以上原理,我们利用PSNB与G4构建了一种K+、H+逻辑控制的H2O2传感平台,在优化条件下,荧光恢复强度（ΔF）与H2O2在1～1000 μM浓度范围内呈现良好的线性关系,检测限为1μM。研究表明,该H2O2传感平台对其他活性氧（ROS）几乎不响应,呈现出良好的选择性。进一步地,我们利用该传感平台对MCF-7细胞破碎液进行了检测分析,测得其胞内H2O2约为0.3 mM,与此前报道的0.1～1 mM浓度范围一致。考虑到癌细胞表面弱酸性、高K+环境,该传感平台在实时监控细胞之间的H2O2信号分子流动方面具有较好的应用潜力。