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随着科学技术的日益先进,科学家们把越来越多的研究兴趣投入到了细胞层次,尤其是对细胞信使分子作用机制的研究,目前已成为生理病理研究的前沿阵地。细胞信使分子学说将信使分子分为第一信使分子和第二信使分子两大类。其中,第二信使是细胞内源性的非蛋白类小分子,其浓度水平通过响应第一信使分子信号而产生变化,从而实现细胞内酶以及非酶蛋白的活性调节。细胞间信号依次顺序传递,实现生物效应,并最终通过降解,导致信使作用终止。第二信使分子的作用方式有两种:一是直接作用于靶向蛋白;二是通过激活相应的激酶,诱导一系列的蛋白质磷酸化,产生细胞效应。关于过氧化氢的最新研究证实,内源性过氧化氢在细胞分裂、分化与转移等生物体内信号传导方面起着重要的作用,已经被视为一个新出现的第二信使分子。内源性过氧化氢的水平与细胞进行有丝分裂的速度有着明显的关系,尤其在哺乳动物的脑部发育关键时期,这种正向促进的关系更加显著。分子荧光探针技术主要用于检测生物体内各种小分子物质。它有选择性高,检测限低,对细胞无毒害等优点。因此,利用分子荧光探针实现对内源性过氧化氢的检测成像,激发了我们的研究兴趣。根据大量的文献调研,我们发现目前的荧光探针还不能对哺乳动物体内的过氧化氢进行活体成像检测,其主要原因在于探针激发发射波长与活体组织自我背景荧光波段相近,二者互相干扰,难以实现成像;并且参与细胞分裂的内源性过氧化氢含量极低,易与细胞活性物质反应转化为其他活性氧干扰物质。因此,本人科研方向确定为内源性过氧化氢活体成像的近红外荧光探针开发研究。论文工作由以下几个部分构成:第1章对荧光探针技术的绪论章节。在本章重点介绍了荧光探针的构成部分、探针的机理类型,并结合前人已经发表的出色工作对各种设计机理进行了图示和论文注释。并且对目前存在的过氧化氢探针进行了分类和比较探究,找到了当前学术领域中对过氧化氢探针开发的不足之处。第2章开发了一种比率式近红外荧光探针BCy-PFS（BenzohemiCyanine-Pentafluorobenzenesulfonyl）,并用于正常人体细胞、人体皮肤癌细胞、小鼠海马神经元细胞有丝分裂过程和小鼠脑部发育过程中内源性H2O2水平变化的检测成像。我们利用探针BCy-PFS实现了200秒内对H2O2进行快速选择性检测;利用探针BCy-PFS的极低检测限,我们证实了内源性H2O2加快细胞有丝分裂过程的作用;利用该探针达到近红外区的激发和发射波长,实现了活体小鼠脑部的内源性过氧化氢检测成像。细胞检测结果表明,在EGF刺激下细胞内部产生内源性H2O2促进细胞有丝分裂过程进行;不同发育阶段的小鼠脑部过氧化氢成像结果,揭示了小鼠脑部发育不同时期H2O2水平的变化直接影响小鼠脑部的发育过程,首次实现以荧光技术证实内源性H2O2通过促进细胞有丝分裂进而促进哺乳动物大脑发育的关系,为研究过氧化氢在细胞有丝分裂过程中的信使分子作用提供了更进一步的验证。第3章开发了一种双光子近红外荧光探针DCPO-PFS（2-（2-（4-Hydroxystyryl）-4H-chromen-4-ylidene）malononitrile-Pentafluorobenzenesulfonyl）,并用于双光子检测PMA刺激海拉细胞产生的内源性过氧化氢。探针DCPO-PFS在830 nm处有65GM的较大双光子吸收截面,荧光量子产率Φ=0.45,过氧化氢检测限为68 nm。探针DCPO-PFS实现了180秒内在高选择性地检测H2O2;利用探针DCPO-PFS的双光子激发波长,在820 nm的双光子激发波长下对海拉细胞中的内源过氧化氢进行了检测成像,有效消除了背景荧光,减少了光漂白。第4章对目前的工作成果进行了归纳总结,并对开展荧光探针多功能载药方向的研究做了初步规划。