pH值是氢离子的浓度指数,用来分析溶液的酸碱度。在化工生产、环境治理、化学研发等领域中,pH值起着重要的作用,同时在生命体中,pH值作为生理参数也发挥着不可忽视的作用;细胞是生命体的基本单元,细胞中各个细胞器都维持合适的pH值来执行不同的代谢任务,如溶酶体的pH值在4.00-6.00(吞噬消化),而线粒体的pH值约为8.00(信号传导),细胞器的pH值的异常波动会导致自由基生成、异常的细胞凋亡,进而引起阿尔茨海默病、癌症等疾病。因此,实时、精确地监测细胞器的pH,可以深入了解生理和病理过程。荧光成像技术的操作简单、灵敏度好、对细胞无损坏等优势,成为检测完整细胞和细胞器pH值的有力工具,目前报道了很多pH响应的荧光探针,但有些探针结构复杂、产率低;探针的穿透能力不够强,无法实现深层组织和活体成像;探针会发生光漂白现象,会干扰细胞成像等。基于以上原因,发展了新型靶向线粒体/溶酶体的pH荧光探针,成功实现荧光比率成像线粒体中pH和在多种凋亡剂刺激下荧光成像溶酶体中pH。本论文主要内容如下:1、设计合成了新型靶向线粒体的比率型荧光探针M-pH。基于ICT机制的比率型pH荧光探针,强度比值I584/1552在pH为6.00-7.80的区间内与pH呈现良好的线性关系,其pKa为6.72。探针M-pH结构中的亲脂阳离子苄基,使探针能够靶向到细胞线粒体中,这一性能通过共定位实验得到了很好地证明(R2=0.92)。探针有低细胞毒性、高选择性,良好的稳定性和优良的可逆性,在HeLa细胞中的成功应用,实验数据表明探针M-pH可实时监测线粒体中pH的变化。2、设计合成了新型靶向溶酶体的双光子荧光探针L-pH。基于PET机制的探针L-pH中1,8-萘二甲酰亚胺基团作为双光子荧光团,哌嗪作为反应位点,苄基氯和吗啉靶向溶酶体。探针L-pH在5.00-7.30的pH范围内有良好的线性关系,在SMMC-7721细胞中,L-pH与Lyso Tracker Green的共染色实验得到共定位系数为0.91,探针具有良好的溶酶体特异性,说明L-pH能监测溶酶体pH。同时探针L-pH研究了细胞凋亡和线粒体自噬过程中溶酶体pH的变化,揭示细胞凋亡和线粒体吞噬过程中溶酶体pH的增加。最后,使用L-pH观察小鼠的pH差异。所有这些数据表明,L-pH可以在各种细胞应激条件下和体内监测溶酶体pH的变化中进行实际应用。3、设计合成了一个靶向溶酶体的双光子荧光探针DP-lys。基于PET机理探针DP-lys中吗啉靶向溶酶体,吗啉和N,N-二甲基乙二胺作为pH反应位点,1,8-萘二甲酰亚胺作为荧光识别部分。探针DP-lys在7.00-9.40的pH范围内有良好的线性关系,对H+的高选择性,良好的稳定性和优良的可逆性,表明探针DP-lys对pH表现出高灵敏、可逆的响应。