光学探针因具有信号响应迅速、时空分辨能力高等特点，一直是生理活性物质的原位传感与成像、甚至蛋白质区域结构分析的重要物质基础。近年来，以罗丹明为母体的光学探针的设计与发展引起了人们的广泛兴趣。罗丹明的螺内酰胺形式可在不同的刺激条件下发生开、关环反应，并引起光信号显著的改变。这样的开-关环反应具有正、负两面性。正面性是这种特殊性质可以被用于设计不同物质的荧光打开型传感器；负面性是这种可逆的开-关环反应可导致光学信号的不稳定，从而限制了这类化合物在标记分析中的应用。在此，通过使用哌嗪作为桥联键来抑制罗丹明酰胺类化合物的闭环反应，设计合成了总是打开型(always-on)的水溶性罗丹明类光学探针，并研究了其在生物体系中的分析应用。　　 主要工作包括以下四个方面：　　 1.使用哌嗪作为桥联键，将光学基团(罗丹明)与标记基团(肼基)连接，合成了新型含有肼基的水溶性光学探针罗丹明B哌嗪乙酰肼(RBPH)，并对其光学性质进行了表征。　　 2.将水溶性光学探针RBPH作为丙酮酸的柱前衍生试剂，开展了人血清中丙酮酸的标记与分析研究。实验结果表明，与已有的丙酮酸衍生试剂相比，RBPH表现出了总体的优越性：优良的光学性质、高的水溶性以及温和的标记条件，因而具有重要的应用前景。　　 3.将RBPH作为双功能(可同时引入稳定的光学信号和正电荷)探针，开展了蛋白质的定位标记与区域结构分析研究。首先利用转氨反应，实现了嗜热木聚糖酶的N-末端定位标记，并借助RBPH的稳定光学响应便利地表征了标记产物。热失活实验表明，正电荷的引入几乎不改变该蛋白的热稳定性。这可能起因于该蛋白的N-末端区域拥有较多的带电荷氨基酸残基(Glu7，His10，Asp11，Asp20)，它们所形成的强静电相互作用已使N-末端区域具有较高的稳定性，故少量电荷的引入不足以显著提高蛋白酶的热稳定性。这揭示出了该酶的N-末端区域对电荷的变化具有一定的保守性。　　 4.将RBPH与丹磺酰氯相连，设计合成了一种基于荧光共振能量转移的水溶性次氯酸探针。该探针是以丹磺酰基团作为供体，罗丹明B荧光团作为受体，二者通过可被次氯酸特异性切断的活性键相连。当活性键被次氯酸切断后，分子内荧光共振能量转移过程得到抑制，从而导致供体在501 nm处的特征性荧光增强，且对次氯酸表现出高度的选择性。同时，由于引入了阳离子型的RBPH单元，探针的水溶性得到了很大的改善。因此，该探针适用于生物体系中次氯酸的检测，并将其应用于HeLa细胞中次氯酸的荧光成像。