生物体中的生物硫醇在细胞信号的转换、传递、细胞死亡的调控、蛋白质的合成、免疫系统调节、维持生物体内生理平衡和氧化还原平衡等方面中发挥着重要的作用。生物硫醇主要包括半胱氨酸(Cys)、同型半胱氨酸(Hcy)和谷胱甘肽(GSH),它们含量异常是多种疾病的重要信号。因此,开发快速准确检测生物硫醇的荧光探针具有重要的科学价值和生理意义。近年来,荧光探针因其灵敏度高、选择性好、成本低、操作方便、实时成像等优点备受科研工作者的关注。反应型荧光探针是基于自身结合位点与被分析物发生特异性结合,从而产生荧光信号,达到检测的目的。在生物体内,反应型荧光探针对生物细胞的损伤和干扰最小,而且可以准确的对被检测物质进行识别和标记,使得定量分析更加准确。因此,反应型荧光探针在生命科学、环境科学、光电信息科学等领域得到广泛的应用。基于当前研究热潮,本文设计并合成了三种检测生物硫醇的反应型荧光探针(CN-NIR、Y-OH-NBD和F-OH-NBD)。通过紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、响应时间、选择性、抗干扰能力、适用的pH、检测限、毒活性和细胞成像等实验,对三个新探针的识别性能和生物应用进行了评估。主要内容如下:第一章:文献综述本章主要阐述了生物硫醇检测的重要性,对反应型荧光探针在生物硫醇检测方面的研究进展进行了综述。第二章:探针CN-NIR的设计、合成及其性质研究本章以(E)-2-(氨基甲基)-3-(6-羟基-2,3-二氢-1H-黄原-4-基)丙烯腈(CN-OH)为荧光基团,丙烯酸酯为识别基团,合成反应型荧光探针CN-NIR,并对其结构进行表征。通过紫外-可见吸收光谱确定激发波长,并利用荧光光谱对探针CN-NIR的体外活性进行检测。结果表明探针CN-NIR可以在20多种氨基酸中特异性识别Cys。当加入Cys后,探针溶液颜色由粉色变为紫色,630 nm处荧光强度逐渐增强,并且荧光强度与Cys浓度呈现良好线性关系(R~2=0.991)。此外,探针对Cys的最低检测限为1.03μM,远远低于正常生理水平(30-200μM)。更重要的是探针在HeLa细胞中有较低的细胞毒性,并且能够有效的识别HeLa细胞内的Cys。第三章:探针Y-OH-NBD的设计、合成及其性质研究本章以4-(4-羟基苯乙烯基)-1-甲基吡啶碘化物(Y-OH)为荧光基团,NBD为识别基团,合成荧光探针Y-OH-NBD。通过紫外-可见吸收光谱和荧光光谱对探针的性能进行评估。探针中加入Cys后,荧光强度随着Cys浓度增加而增加,呈现良好的线性关系(R~2=0.990),可以用于定量检测Cys。此外,探针响应速度快(5分钟内),检测限低(1.88μM)。最重要的是成功解决了GSH引起的探针消耗问题。更有意义的是探针具有较低的细胞毒性,在活细胞中有良好的荧光效果,具有一定的生物应用价值。第四章:探针F-OH-NBD的设计、合成及其性质研究本章基于分子内电荷转移机理和芳香亲核取代重排机理,以1-(3-氰基-2-二氰甲基-5,5二甲基-2,5-二氢呋喃-4-基)-2-(4-羟苯基)乙烯(F-OH)为荧光基团,NBD为识别基团,合成双发射通道荧光探针F-OH-NBD。利用荧光光谱对探针的性能进行研究,加入生物硫醇后,探针F-OH-NBD与生物硫醇发生芳香亲核取代反应释放出荧光基团,同时Cys/Hcy与NBD结合的中间体发生分子内重排产生荧光物质,从而达到双发射荧光检测和区分生物硫醇的目的。此外,探针F-OH-NBD与生物硫醇响应迅速(Cys:5分钟,GSH:10分钟)且灵敏度高、检测线低于正常生理水平。更重要的是成功解决了GSH引起的探针消耗问题。此外,探针在HeLa细胞中具有较低的细胞毒性,能够快速准确的识别HeLa细胞内的Cys.