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生物小分子是细胞的重要组成部分，实时检测生物小分子在原位环境的动态变化规律对揭示生理病理机制，发现新型药物作用靶点等都具有重要意义。但生物小分子非基因直接表达产生，无法通过经典的荧光蛋白法进行标记。而传统的色谱法、显色法等检测方法，又不能实现在体检测。因此，发展实时示踪生物小分子的成像方法是研究相关分子病理机制必要的技术手段。 近年来，小分子荧光探针成像技术由于组织穿透力强，特异性高、灵敏性好、低毒且无组织破坏性等优点在细胞生物学及生化研究等领域发挥着重要作用。本论文靶向于体内较重要的氧化还原性物种(H2S、ONOO-、H2O2)，基于其独特的化学反应性，并综合利用物质结构-光学性质关系，设计合成了一系列用于相关物种在生物原位环境中示踪的荧光探针。论文主要分为以下三部分: 1.还原性物种H2S检测探针研究:本部分研究内容针对信号分子H2S的还原性，选取偶氮基为H2S识别响应基团，利用偶氮基的荧光淬灭性及H2S能还原偶氮基为氨基的独特性质，设计合成了系列探针，实现了大鼠血浆及各组织中内源性H2S的定量分析，发现心脏是内源性H2S浓度最高的器官，这与H2S多种心血管保护作用相吻合。 2.氧化性物种ONOO-的检测探针研究:本部分研究内容针对脑血管损伤过程产生的信号分子ONOO-，基于其强氧化性，利用其能够将酚类物质氧化成醌的性质，选择苯酚类结构为识别响应基团，设计合成了系列探针。通过分子水平的筛选获得了两个较为特异灵敏的探针。利用该探针，在活体细胞，活体动物水平上实现了ONOO-的实时在体检测，成功示踪了活体小鼠脑血管损伤病变中原位生成的ONOO-。 3.氧化损伤性物质触动还原保护性药物释放的诊治一体化探针研究:本部分研究内容在前两项研究的基础上，针对血管内皮细胞损伤过程中的氧化应激现象，以氧化应激代表性物种H2O2为研究对象，以H2O2敏感的连接键连接荧光团与药物活性基团，设计了系列探针。该探针能够在氧化应激环境中被H2O2触发的反应断裂，释放荧光团与活性基团分别行使信号和治疗的功能，分别在细胞、组织切片和斑马鱼血栓模型验证了这种设计的可行性。