生命活动是由许多生物活性物质参加的各种化学反应的结果,金属离子就是其中重要的一种。生物体内的必需微量金属元素直接参与机体内几乎所有的生理过程,他们在维持蛋白质,核酸,肽类和激素等生物大分子的基本结构和实现其正常功能方面起着重要的作用。而另外一些金属元素特别是重金属元素在浓度较低时就会对生物体产生较大的毒性和破坏性。因此,生物体内金属离子的研究和检测特别是对细胞内金属离子的检测具有重要的意义。目前,用于检测生物体内金属离子的方法有多种,如原子吸收/发射光谱法,高效液相色谱法,电感耦合等离子体质谱法,电化学法,化学发光法等,这些方法具有较高的灵敏度和选择性并常用于定量分析,然而他们不适用于在生物体内在线检测金属离子,不能描述被测物在细胞内的分布和动态变化。与上述方法相比,荧光检测法由于具有高选择性、高灵敏度、不破坏样品和易于实现在线检测等优点而具有很广泛的应用前景。寻找新的具有高选择性的金属离子荧光分子探针已成为现代分析化学中的一大前沿课题。近几年来,随着激光共聚焦成像技术的发展,在细胞内实时、在线检测金属离子成为研究的热点,特别是近红外荧光探针在生物分析中显示出更大的优越性。这是因为在位于650-900纳米的近红外区域内,生物体及组织的光吸收或荧光强度很小,生物组织的荧光背景干扰大大降低,并且近红外光能深入到组织内部,因此近红外荧光探针更适用于细胞的荧光成像。另外,在各种金属离子荧光探针中,利用光诱导电子转移(PET)原理设计的荧光探针,由于结合金属离子前后,荧光强度差别较大,灵敏度高,应用最广泛。因此设计合成金属离子近红外荧光探针,在化学体系中试验其性质,结合激光共聚焦荧光成像技术,实时在线检测细胞内某种金属离子的浓度变化及其分布,探讨各种金属离子在生命活动中所发挥的作用以及对某种离子缺陷时出现的病理进行研究,将为生物学以及医学的发展提供必要的依据。本论文基于光诱导电子转移原理,设计研制新型近红外荧光探针应用于细胞内金属离子的检测,开展了两方面的工作:(一)设计合成了一种新型的用于检测细胞内汞离子的近红外荧光探针——3,9-二硫-6-氮杂十一烷-丙基花菁,通过核磁共振氢谱,碳谱,质谱等手段对探针结构进行了表征。研究了反应机理。用普通荧光法对汞离子进行定量分析测定,结果表明探针对汞离子具有较高的选择性和灵敏度。HepG2人肝癌细胞和斑马鱼内汞离子的激光共聚焦荧光成像实验表明,探针具有良好的生物适用性。(二)设计合成了一种新型的乙基花菁类近红外荧光探针。描述了它的设计,合成。初步分析实验表明该探针具有较宽的激发波长范围及窄的发射波长范围,并且对镍离子具有较高的选择性。