荧光探针由于具有选择性强、灵敏度高、操作方法简单,且可实现无创实时监测的等优点,被广泛应用于生物成像研究领域。香豆素类化合物是一类广泛分布于植物界的次生代谢物质,其基本母核结构苯并吡喃本身无荧光特性。然而,当7位或3、4位被某些取代基取代以后,就会产生较强的荧光信号,且具有较高的荧光量子产率、较大的Stokes位移、光化学性可调节和光稳定性较好等特点,是一种理想的荧光传感分子,被广泛应用于生物荧光传感的研究。本论文采用化学反应的方法,合成了具有细胞器靶向的3个香豆素类衍生物,为丰富香豆素类化合物荧光探针的制备及疾病诊断与治疗的细胞成像观察奠定和积累实验基础。具体内容如下:第一部分基于ICT化学发光机理以4-(二乙氨基)水杨醛和4,6-二羟基-2-巯基嘧啶为原料,通过化学方法合成了一种香豆素衍生物荧光探针(8-(二乙氨基)-2-硫代氧杂-2,3-二氢-4H铬[2,3-d]嘧啶-4-酮,探针2-1)。实验结果表明,当连硫代巴比妥酸功能性基团后,该探针能快速特异性地与细胞膜上GABAA受体中巴比妥酸位点结合,能长时间对多种活体细胞膜进行实时荧光成像。与商业染料DiI相比,该荧光探针具有合成方法简单,光稳定性强,细胞毒性低,与细胞孵育后能在短时间内靶向细胞膜(<5 min)且能长时间稳定(3h),能对细胞成像进行免洗处理,是一种较为理想的靶向细胞膜的荧光探针。此外,论文对该荧光探针用于GABAA受体药物筛选进行了初步探讨,结果表明该荧光探针对细胞膜上的其他受体没有特异性,可以作为一种筛选GABAA受体药物的有效工具,值得进一步深入研究。第二部分采用化学合成的方法,基于TICT化学发光机理得到2种结构类似的香豆素衍生物荧光探针((E)-2-(2-(2-(7-(二乙氨基)-2-氧代-2H-铬-3-基)乙烯基)-3-甲基苯并[d]噻唑-3-碘化铵,探针3-1和(E)-2-(2-(7-(二乙氨基)-2-氧代-4-(噻吩-2-基)-2H-铬-3-基)乙烯基)-3-甲基苯并[d]噻唑-3-碘化铵,探针3-2)。实验结果表明,由于2个探针结构上的细微差异,使得它们对DNA和RNA的结合产生明显差异。分子对接结果表明,4位引入噻吩杂环,使得探针3-2的三维分子结构趋于曲面构型,且RNA为单链结构,相比于DNA双链结构而言,更容易折叠弯曲,导致探针3-2与RNA具有更好的特异性结合能力。由相对应的实验结果可以看出,2种香豆素类荧光探针分子的细胞毒性均较低,且与商业化染料相比,具有良好的相关系数(重叠系数分别为0.91和0.95),这表明2种荧光探针均能很好地靶向线粒体。同时,由于结构中正电荷和扭转键的存在,2种荧光探针能够对线粒体内膜电位和粘度具有特异性响应,又因为这两个特性在正常细胞和癌细胞中的差异较为显著,所以能够用于区分正常细胞和癌细胞,从而实现正常组织与肿瘤组织的区别,用于癌症的诊断,是一类非常具有开发潜力的小分子荧光探针。综上所述,本论文根据香豆素化学结构的特点及其光学特性,运用化学合成的方法,制备了 3种具有细胞器靶向的小分子荧光探针,进一步拓宽了香豆素类化合物在荧光生物成像中的实际应用,为此后香豆素衍生物荧光探针的开发和应用奠定了实验基础和科学依据。