在化学与合成生物学领域,用一种可逆的方式对生物分子的结构和功能进行控制成为了热门挑战。光作为一种方便而强有力的触发器,通常无伤害于生命体系,并且提供了较高的时间和空间的分辨率。在各种各样的人造光致变色分子中,二芳基类光控开关分子由于其可逆性和多样性等特点,受到越来越多人的关注。因此,通过分子水平的光控开关的合成实现对生物体系的可逆光控,已经成为一种在生物体外以及活细胞内进行生命进程研究和控制的强有力的途径。在核酸领域,不同的光控开关分子已经修饰在天然核酸的核糖部分、碱基以及磷酸骨架,例如,偶氮苯类,二苯乙烯类,二芳基乙烯类。最近几年,与生物分子结合的不同种类的二芳基乙烯类光控开关已经被开发,包括多肽、碱基、核苷和DNA。然而,在核酸的核糖部分引入二芳基乙烯基团鲜有报道。因此,在本文的第一部分工作中,我们设计并合成了基于天然脱氧腺苷的二芳基乙烯类光控开关,主要通过关键步骤的Sonogashira-type偶联反应,利用炔基将二芳基乙烯单元和脱氧腺苷的碳8位相连。在水溶液中,它们其中的一些表现出良好的光致变色性能,例如,在365 nm紫外光的照射后发生明显的颜色变化,吸收波长的红移,良好的抗疲劳强度,热稳定性,转换效率,以及碱基配对性质。总之,其表现出以下的优点:(1)起始原料脱氧腺苷的商业化;(2)良好的碱基配对性能,源于天然脱氧腺苷部分;(3)明显的红移现象,归因于关环形式的共轭体系。我们设计合成的基于天然脱氧腺苷的二芳基乙烯类光控开关,其关环异构体在可见光区域的强的吸收带对与其连接的荧光染料,具有荧光淬灭的作用。对能量共振转移应用于“off-on”形式的可逆荧光开关提供了便利的条件,这一非常有用的性质使其可应用于生物成像或者超分辨的显微镜检查。但是,它们均无荧光性质。这就需要我们选择一个合适的荧光基团作为发色团,与其连接,既能产生荧光,又能通过光控制荧光强度来实现开关的作用。由于BODIPY类荧光染料具有结构修饰性强、荧光效率高等特点,因此在本研究工作中选其为荧光团。在本文的第二部分工作中,以脱氧腺苷为结构骨架,BODIPY类染料为荧光体,二芳基乙烯类化合物为光控开关单元,叁键为连接基将具有不同功能的基团偶联,合成了基于核苷的荧光光控开关化合物DAB-1和DAB-2;考察不同体外环境因素对其光物理、化学性能的影响,并将其应用于活细胞内在体检测与成像。以上研究结果表明,在紫外光的作用下,发生电环重排反应,其关环异构体使荧光淬灭,得到一个荧光“关”的状态;而在可见光的照射下,关环形式切换至其对应的开环异构体,此转换恢复了荧光发射,得到一个荧光“开”的状态。因此,实现了荧光开/关的可逆转换。与商业化的溶酶体染料Lyso Tracter Red进行复染的实验表明,其能很好地靶向定位溶酶体。在对溶酶体成像与监测方面,本文提供了新方法,对许多疾病发生发展的基础研究具有重要意义,并且为荧光核苷在生物识别工作中的深入研究和实际应用提供了科学依据。