癌症的早期诊治是提高癌症患者治愈率的关键。因此,研发特异性强、灵敏度高的检测技术,用于肿瘤早期诊断是十分必要的。光学成像技术具有非侵袭性、实时、灵敏度高、操作简单以及可视性强等诸多优势,已成为肿瘤检测的较理想方法。该技术的关键在于高效显影剂的研发。研究表明基于肿瘤细胞弱酸性这一特性设计的pH激活型显影剂,可避免always on型显影剂在成像时存在的“假阳性”结果,具有很高的信噪比。然而,时至今日,如何得到生物相容性好、pH响应范围与肿瘤所处弱酸性微环境相吻合的显影剂仍是亟待解决的难题。此外,细胞内pH值对细胞的生长、增殖以及细胞内酶的活性等至关重要。因此,研制性能优异的pH敏感型荧光探针用于肿瘤细胞特异性成像或实时、精确地监测细胞内pH的波动具有非常重要的研究价值。基于此,本文设计构建了一系列pH激活型荧光探针用于生物体内pH变化及弱酸性物质的识别和检测;并在此基础上筛选出pH响应范围与肿瘤细胞所处弱酸性微环境相吻合的探针分子,构建兼具肿瘤靶向及特异性的多功能显影剂,探讨其在细胞和活体动物成像中的应用。(1)鉴于近红外荧光探针的激发和发射波长均处在生物光学成像窗口内,具有组织穿透能力强、生物组织的光吸收及自发荧光干扰小等优势,本文设计合成了一系列pH激活型近红外菁类荧光探针。通过对不同pH下探针的光学性能研究及构效关系的初步探讨,发现该类探针具有较强的pH敏感特性,且其pH响应范围受探针分子结构中取代基的电子效应的调控。其中一种探针成功用于细胞内两种酸性氨基酸(谷氨酸和天冬氨酸)的特异性检测,且测试浓度下未表现出明显的细胞毒性。(2)以所合成的pH激活型可逆荧光探针作为显影剂的母体,引入叶酸以及具有肿瘤线粒体靶向结合特性的季铵盐阳离子作为肿瘤靶向基团,并引入糖基作为修饰基团以增强探针的亲水性及生物相容性,构建了两类兼具肿瘤靶向及特异性的多功能显影剂。经季铵盐阳离子改性的pH激活型显影剂成功用于肿瘤细胞和荷瘤小鼠的特异性成像,显示出极高的信噪比。此外,该设计策略也为肿瘤靶向特异性显影剂的构筑提供了新的思路和途径。(3)考虑到以单波长荧光强度变化为检测参数的荧光分析方法的可信度和准确性均有待提高,本文以所合成的糖基修饰的pH激活型可逆荧光探针作为近红外发色团,引入丹磺酰基作为另一发色团,构建了一种新型双色比率型pH敏感探针,成功用于肿瘤细胞的双色特异性成像。此外,还发现当pH在6.11~7.14范围内变化时,两波长处荧光强度的比值与体系pH值之间成较好的线性关系。因此,该探针还有望实现生物体内弱酸性微环境及弱酸性物质的定量检测。