极性作为化学和化工领域中一个极其重要的化学参数,自从问世便引起广大学者的重视,目前关于极性参数在化学反应中的影响已有深入的研究。随着学者们对极性的不断了解,发现在生物微环境中的各项生命活动同样受到极性变化的影响。在细胞的代谢过程中总是伴随着内环境极性的变化,细胞极性是细胞分裂、定向生长和运动等过程所必需的,使细胞间的形态和功能定向分化。如果细胞内极性发生异常变化,可能出现了某种生理或病理现象,因此,检测测细胞内极性的变化对于监测不同的细胞状态至关重要,可以帮助我们深入了解生理过程和病理过程。细胞生物学面临的许多关键问题涉及化学物质的位置和浓度,从分子信号到代谢物再到外源性毒素。荧光分子成像是生物学和生命科学领域不可缺少的工具,荧光传感器(探针)对特定的分析物非常敏感,改变了人们对生物系统的认识。荧光探针以其灵敏度高、选择性强、响应速度快、操作简单等优点,成为监测细胞内微环境的重要工具。线粒体作为真核细胞内重要的细胞器,在维持人体生理的众多功能方面发挥着重要作用。线粒体的基本作用是通过氧化磷酸化和脂质氧化产生能量。线粒体除了作为动力工厂这一众所周知的功能外,在某种意义上也被认为是控制细胞某些方面的神经中枢。线粒体极性是细胞器的一个重要特征,对细胞活动有很大的影响。线粒体极性也会影响细胞生命活动的诸多过程,例如蛋白质的运输和相互作用,酶的活性和稳定性,细胞功能的维持和细胞的稳态等。因此,准确监测线粒体极性变化具有十分重要的意义。在这项研究中,我们阅读了大量文献,设计并合成了荧光探针Mito-DF。香豆素具有溶剂致变色性质被用作探针Mito-DF的荧光基团,MPP具有优异的线粒体靶向性,被用作探针Mito-DF线粒体靶向组。在香豆素骨架一端上连接MPP作为供电子基团,另一端连接甲氧基苯乙炔作为吸电子基团,组成“推-拉”电子结构,探针Mito-DF具有一个良好的共轭结构,表现出良好的双光子性能,探针在响应极性的过程中具有较大的斯托克斯位移,能够提供良好的双光子荧光检测信号。同时,以香豆素为母体作为荧光基团,使得荧光探针Mito-DF具有更长的吸收和发射波长区域,更高的双光子吸收特性,生物毒性低,水溶性好等优,并且这些性质对于生物成像应用是非常有利的。更重要的是,通过这种结构设计,使得荧光探针Mito-DF分子对环境极性变化十分敏感,各种优点表明Mito-DF能够作为一个优秀的双光子荧光探针去检测环境微极性的变化。我们采用双光子荧光显微技术通过探针Mito-DF荧光的变化,成功检测到线粒体内微极性的变化。