线粒体是真核细胞中重要的细胞器,它在细胞生理过程中起着重要的作用,了解细胞中线粒体的行为,对阐明线粒体的生理代谢过程具有重要意义。研究表明,线粒体的形貌与线粒体功能以及线粒体疾病之间都有密切的关联。通过荧光显微成像技术,监测线粒体在异常条件下的形貌改变,已经成为生物成像方面的研究热点。荧光探针的开发是荧光显微成像最为关键的技术。目前,商品化的线粒体探针普遍具有细胞毒性大、抗光漂白能力弱的缺点,不适宜用于活体线粒体的长时间荧光成像。因此,设计合成抗光漂白能力强、生物相容性好的线粒体靶向荧光探针,用于活体线粒体形貌的实时监测,对了解线粒体在细胞中的功能和作用,以及相关疾病的早期诊断具有重大的意义。本论文共分为五章:第一章:本章对线粒体功能、线粒体与疾病的关联、以及线粒体靶向荧光探针的研究进展进行了全面的介绍。第二章:F16是一种具有线粒体靶向抗肿瘤功能的荧光小分子。然而,较大的细胞毒性制约了其在线粒体成像方面的应用,本章通过对F16分子进行修饰,合成了两例细胞毒性小的荧光探针F16-4C和F16-BODIPY。细胞成像实验发现,F16-4C的荧光强度太低,不适宜用于线粒体成像。含有BODIPY荧光基团的F16-BODIPY,其细胞成像时荧光强度明显优于F16-4C,具有较好的线粒体成像效果,但进胞速率慢、水溶性差等问题制约了其进一步应用的空间。第三章:以BODIPY为荧光母体,三苯基膦盐为靶向基团,合成得到了具有线粒体靶向功能的荧光探针TPP-BODIPY。该探针的量子产率高、荧光性质稳定、细胞毒性小、抗光漂白能力强,具有较好的线粒体定位能力和成像效果。但探针分子的水溶性和进胞速率有待进一步改进。第四章:本章使用水溶性更好的三乙胺盐对BODIPY进行修饰,合成得到了荧光探针TEA-BODIPY。解决了 F16-BODIPY和TPP-BODIPY探针水溶性差,细胞摄取速率慢的问题。同时,保留了上述两例探针荧光性质稳定、量子产率高、细胞毒性小、抗光漂白能力强的优点。该探针是一种非常优秀的线粒体成像探针,具有成为商品化的线粒体探针的潜质。第五章:本章合成了一系列具有电子离域、亲脂性阳离子(DLCs)结构的荧光探针 Pyridine-4C-BODIPY、Pyridine-7C-BODIPY、Pyridine-12C-BODIPY。线粒体定位实验发现,上述探针不具有线粒体靶向性能。基于这一发现,使用Gaussian 09软件,对所合成探针的不同对称性结构进行优化,并对其电荷分布进行计算,结合探针的线粒体定位能力,深入研究了探针分子结构和线粒体靶向效果之间的“构-效”关系,该研究进一步补充和优化了 DLCs理论。第六章:对本论文进了总结,并对线粒体靶向成像探针及线粒体靶向抗肿瘤药物的发展方向进行了展望,并提出了自已的观点。