G四链体核酸在肿瘤发生和发展过程中起重要的角色,使其成为抗肿瘤药物研发的重要靶标。但是,关于G-四链体在细胞环境中的真实存在状态,以及它在细胞环境下分布、形成及解链过程等方面的分子水平机制研究,仍然缺乏直接的实验证据和可靠的研究手段。因此,应用显微技术,直接监测和观察G-四链体结构在细胞内的行为,是阐述其功能分子机理的重要途径之一。目前,基于荧光技术开发的仪器和技术,如荧光显微镜细胞成像技术,已广泛应用于生物化学分析和生物医学研究等各领域。因此利用有特异性的小分子荧光探针,结合荧光显微技术,进行实时示踪G-四链体结构在细胞内行为是研究其生物功能分子机理的很好策略。噻唑橙(thiazole orange, TO)是由Lee等人合成的最早用于网织红血球分析的染料。其结构由苯并噻唑盐和与喹啉盐通过次甲基连接而成。该化合物具有很好的细胞膜渗透性,较高的量子产率,但它与各种DNA(包括双链和四链DNA)结合时均能产生很强的荧光信号,选择性差。苯乙烯取代喹啉衍生物是另一种DNA荧光探针。我们希望通过在噻唑橙的基础上引入苯乙烯等结构片段,期待改善其选择性。本论文主要内容为：(1)设计并合成了一系列苯乙烯取代噻唑橙的衍生物；(2)运用荧光光谱研究该类衍生物与G-四链体DNA结合的荧光性能(3)通过CD光谱和FRET实验研究了衍生物与G-四链体结构的互相作用；(4)运用分子对接方法研究了噻唑橙及其衍生物与G-四链体DNA结合模式；(5)应用凝胶电泳和细胞成像等方法证实衍生物作为G-四链体DNA荧光探针的应用；(6)通过紫外光谱、荧光光谱、细胞成像研究了部分衍生物作为RNA荧光探针的应用。结果表明,引入的苯乙烯取代基是能够显著提高衍生物对G-四链体DNA的选择性,并显示出很强的G-四结构稳定能力。计算机模拟数据显示苯乙烯取代基的类型对衍生物与G-四的结合模式和结合能力有重要的影响,并进一步影响衍生物对双链DNA和G-四链体DNA的选择性。衍生物的光学特性,结合常数,选择性、灵敏度、光稳定性等系统的实验数据显示该类衍生物是一种优秀的荧光探针。在变性PAGE实验中和活细胞染色等实验中的优异表现,扩充了该类探针在生化及细胞实验应用的可能性。实验中我们还意外发现了一个新的RNA特异性荧光染料4j。该探针同时拥有经典的核酸荧光探针TO和DNA染料C61的结构片段。实验中4j、已报道的RNA荧光探针E36和商业化SYTO RNASelect对比,并证明了该染料4j能提供更优异的核酸特异性、光稳定性、低毒性等RNA染料性能。此外,染料被成功地运用在核仁RNA的细胞成像中比商业化SYTO RNASelect染料性能更优越。