汞是环境学和生理学所研究的重要有毒重金属元素。即使是在很低浓度的条件下,也能产生一定的生理毒性。由于汞具有强生物透膜性,容易穿透人体的皮肤、呼吸道、肠胃组织,所以长时间暴露在含汞环境下会导致生物体的中枢神经系统和内分泌系统产生永久性损伤。因此,研究汞离子的生物积累和生物毒性具有重要的生物医学意义。在生物体的新陈代谢过程中会不断产生各种自由基,如超氧阴离子自由基(O2-·)、羟基自由基(HO·)、脂自由基(ROO·)、一氧化氮(NO·)、过氧亚硝基阴离子(ONOO-)等都是生命活动过程中具有代表性的自由基,它们与生物体的衰老及许多疾病的发生都有重要的关系。生物体中适当水平的活性自由基是机体维持良好免疫应答的基础,但是一旦体内的氧化还原平衡遭到破坏,活性氧自由基大量存在时就会发生氧化应激并且损伤生物体内的各种蛋白、脂类、核酸等,从目前研究结果揭示的证据表明,活性自由基几乎和人类常见疾病如心脏病、癌症、恶性肿瘤等都有关。因此,可逆地监测生物内氧化还原循环具有重要的生理学和病理学意义。由于核酸、蛋白质、肽等生物活性分子在生命科学研究中的重要地位,近年来对检测细胞中生物活性分子的研究越来越多。其中,荧光法具有简单易行,便于操作,高灵敏度和选择性的显著特点,更加吸引人的是探针分子可以在不破坏生物活性的情况下进入细胞,与活细胞内的目标活性分子结合生成强荧光物质,并借助于激光共聚焦成像技术,实现细胞内待测活性分子的“可视化”,进而实现生命体内的“实时在线”检测。近年来,生物成像在活细胞的生物分子检测上取得了巨大进展,荧光探针由于其高灵敏度,实时监测等优点而成为生物成像最主要的工具。本论文基于荧光探针与活性氧自由基或其它生物活性分子特异性作用后,荧光光谱性质发生改变从而实现对特定物质的检测,并将所设计探针成功应用于生物活体细胞的共聚焦显微成像。本文主要开展了以下两方面研究工作:(一)根据硒对重金属离子的重要的抗毒性作用,我们设计合成了一种有机硒荧光探针(FSe-1)用于生物体系的汞离子检测。由于汞离子的强亲硒性质,探针FSe-1与汞离子发生不可逆的脱硒反应。探针FSe-1利用硒汞间的强亲合力将硒作为靶位点,对汞离子检测表现超高的选择性和灵敏度,其检测限达到1.0 nM。探针FSe-1的超高选择性表现为多种生物分析物和相关金属离子均不会对汞离子检测产生干扰。此外,运用激光共聚焦扫描显微镜,成功实现了该探针对小鼠巨噬细胞RAW 264.7内的汞离子荧光成像。(二)氧是好氧生物新陈代谢的关键性物质,它参与为生命活动提供必需能量的过程。然而在能量产生的同时,也会使生物体内活性氧(ROS)水平发生变化,继而产生一定的生理学和病理学影响,因此检测细胞内氧化还原循环具有重要意义。基于有机硒化合物的药用价值,近年来人们合成了大量的有机硒药物。研究发现含硒抗高血压药物HoMePASe具有良好的抗氧化作用,由此我们设计合成两种近红外有机硒荧光探针用于可逆地检测细胞内氧化还原循环,并运用激光共聚焦扫描显微镜,实现活细胞内的氧化还原循环的动态荧光成像。