pH作为在酶、细胞以及组织活动中最重要的评价指标之一,在维持细胞生长、增殖、凋亡及信号传导等正常生理过程中起着关键性作用。此外,由于细胞间的信号通路和间隙连接等因素,pH的微变化也会影响多种神经系统活动如神经细胞的兴奋以及多细胞间的耦合等。人体最佳pH为7.35~7.45,当其发生上下波动时可能会导致细胞功能发生障碍,从而引起神经、心肺等相关疾病,甚至可以危及生命安全。因此,监测细胞内pH的动态变化对于了解分析细胞内部生理功能的作用机制具有重要意义。荧光探针由于其对单一化合物或者微环境因素响应灵敏度高且速度快,能够实时原位监测细胞内pH的变化而成为目前广泛采用的监测细胞内pH的一种重要方法。本文结合pH荧光探针的研究现状,成功设计合成了分别以邻(2-苯并噻唑基)苯酚(HBT)、萘酰亚胺以及7-羟基香豆素为荧光平台的pH探针,分别用于细胞pH原位检测以及内质网应激条件下的内质网酸化检测,并对其光谱性质和生物应用进行了深入研究。(一)以邻(2-苯并噻唑基)苯酚作为荧光平台设计合成比率型荧光探针BtyC-1。BtyC-1基于ESIPT过程通过苯硫氮醇邻位羟基与氮原子之间的氢质子转移进行对荧光响应的调控。探针在酸性条件下由于羟基氢无法电离从而在546 nm处显示绿色荧光;而在碱性条件下,羟基氢与氮原子之间会迅速发生分子内质子转移从而在473 nm处显示强蓝色荧光并且在546 nm处显示弱绿色荧光。此外,生物学实验表明,探针BtyC-1可成功应用于细胞pH的比率成像和NH4Cl诱导的活细胞pH变化以及癌组织成像。(二)以1,8-萘二甲酰亚胺作为双光子荧光信号单元设计合成了增强型pH荧光探针Na-pH,此探针中的4-甲基苯磺酰胺部分用于内质网定位,哌嗪基团作为pH响应部位。当探针Na-pH处于酸性环境中时,探针4位上所连接的哌嗪上的氮原子由于大量存在的氢离子从而发生质子化,导致光诱导电子转移过程被抑制,从而致使绿色荧光增强,说明探针对酸性敏感从而表明探针Na-pH能够预期用于内质网酸化的细胞成像。并且在生物实验中,Na-p H成功用于跟踪内质网应激期间的内质网酸化。此外,Na-pH还用于活体组织和斑马鱼的pH的双光子成像。(三)以萘酰亚胺和7-羟基香豆素作为荧光信号平台,哌嗪作为酸性环境响应位点,香豆素7位的羟基作为碱性环境响应位点,4-甲基苯磺酰胺部分作为内质网定位基团设计合成了基于ICT-PET-FRET机制的双位点内质网靶向比率型荧光探针CNER-pH,用于检测内质网中的pH。在酸性条件下,探针CNER-pH萘酰亚胺部分4位所连接的哌嗪由于存在的大量氢离子而发生质子化从而抑制其PET过程,发射出绿色荧光;当探针处于碱性环境中时,探针CNER-pH香豆素部分的7位羟基发生氢电离,从而形成强推拉电子体系导致其蓝色荧光增强,此时萘酰亚胺部分的哌嗪由于去质子化过程从而导致PET过程恢复,绿色荧光发生淬灭。该探针显示出对pH值在5.0~7.2范围内的高灵敏度响应,并且通过细胞成像及流式细胞实验证明在内质网发生氧化应激以及地塞米松诱导的刺激期间CNER-p H能够定量测量内质网中的pH值。