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细胞内容物通常包括细胞器、核酸、蛋白质、糖和小分子等物质。不同的生理状态下细胞内容物通常有各自的含量和分布特点,检测细胞内容物的含量和分布对于疾病的预防和诊断具有重要的评估作用。目前,癌症已是人类死亡的重要因素之一,早发现、早诊断对于患者的治愈和生存期的延长至关重要。本论文基于噁嗪类探针稳定性好、发射波长长等优点,根据荧光探针设计的基本原理,以开发对细胞内容物靶向性强、灵敏度高、光物理化学性能优良的荧光染料及光敏剂为目标,开展了如下的研究工作。基于噁嗪结构为母体设计并合成了一种新型线粒体靶向荧光探针EtNBEn。探针分子EtNBEn的最大吸收/发射波长分别为700/720 nm,展现出良好的光稳定性、优异的化学稳定性、近红外吸收和发射等性能。细胞中,探针分子EtNBEn主要富集于线粒体中,可以应用于激光共聚焦荧光显微镜成像。探针分子EtNBEn亦能够对活体大型蚤和斑马鱼进行成像分析。探针分子EtNBEn能够观察线粒体在有丝分裂和凋亡过程中在细胞内形态和布局分布。此外,EtNBEn可应用于海森结构超分辨显微镜观察活细胞内超清晰线粒体的生理形态变化过程,表明EtNBEn有进一步应用于观察肿瘤转移过程或其它生理过程中线粒体的形态及分布的潜力。基于噁嗪类探针尼罗蓝为母体设计并合成了一种新型的RNA靶向荧光探针NBE。NBE能够准确区分RNA与DNA(细胞中RNA与DNA信号强度比,NBE:8.7:1,商业化探针:1.6:1)。探针以“门闩”模式与RNA结合,即:探针分子NBE嵌入RNA“插座”相互作用并释放荧光,TD-DFT理论计算和对接仿真模拟均验证了该探针独特的“门闩”反应模式。探针分子NBE在水性缓冲液、固定细胞和活细胞中,均对RNA表现出优异的光稳定性、高选择性和快速结合的能力,PBS中对RNA的理论最低检出浓度仅为6.67 ng/ml。该探针同时能够对活细胞中的RNA进行成像,以便于根据RNA含量判断是否有癌症发生,具有优异的市场应用价值。基于噁嗪类探针尼罗蓝为母体设计并合成了一种新型的靶向RNA光敏剂NBESe。NBESe在光照条件下能够产生大量单线态氧,单线态氧量子产率高达43%,光照条件下光敏剂分子NBESe对肿瘤细胞杀伤的IC50值仅为60 nM,比相同条件下商业化光敏剂Ce6(IC50值约3 μM)具有明显的优势。同时,对于荷瘤小鼠的肿瘤研究显示出优异的光动力治疗效果,具有潜在市场应用价值。