近些年,荧光探针技术由于具有灵敏性高、可视化、无辐射、实时监测等特点,在分子生物学、生理学、临床诊断学、肿瘤学等领域得到越来越广泛的应用,该技术已然成为生命科学研究中重要手段之一。癌症是一类细胞生长和细胞分裂失控的疾病,死亡率逐年升高,这主要是由于传统临床检查手段(如CT检查、X射线成像、磁共振成像、超声波检查等)缺乏充足的特异性和敏感性,导致肿瘤只有发展到中期甚至晚期发生转移扩散时,才能实现准确诊断。经过比较,荧光探针技术具备的系列优点可以克服传统检查手段的诸多缺陷,为实现肿瘤早期的精准诊断提供了一种手段。目前,靶向肿瘤型荧光探针设计策略,除了利用增强渗透及滞留效应(EPR),最常用的策略是利用一些配体(如小分子、多肽、蛋白质,抗体和核酸)能与癌细胞中某些过表达的受体高效配位的特点,将这些配体与荧光团相连用于探针的设计。但是,由于不同种类癌细胞之间的基因或表型存在差异性,利用一种荧光探针实现广普癌细胞诊断几乎不可能实现,因此迫切需要开发出可以传感广普癌细胞的荧光探针。此外,最近研究认为,溶酶体与肿瘤的发生和发展也有一定的相关性,但传统的溶酶体探针大多通过内吞路径或依赖溶酶体酸环境实现富集,存在富集所需时间长及易受溶酶体酸环境变化影响的缺陷,不利于实时、高效、长时间的溶酶体影像研究,所以开发一种能够非侵害性且特异性影像溶酶体的荧光探针,对于相关疾病研究至关重要。本论文的出发点是利用吡啰红平台具有优良的光物理性质、良好的生物兼容性及易受荧光机理调控等特点,从分子结构设计入手,开发一系列新型吡啰红荧光探针,针对荧光探针技术在癌细胞的荧光诊断、相关生物活性物质影像研究中发现的科学问题,提供新的解决方案。基于这一目的,本论文主要开展了以下三个工作:在论文第二章中,开发了一个“2-二苯基膦基苯酚功能化的吡啰红”荧光探针(简称POP),该探针利用有机阴离子转运蛋白(OATP)在多种类型癌细胞膜中过表达的特点,能通过OATP主动运输的方式,高效地透过癌细胞细胞膜,进而被细胞内的Cys和GSH激活,分别生成绿色荧光的“胺基?吡啰红”和红荧光的“硫代吡啰红”,从荧光双通道实现对广普癌细胞与正常细胞的区分。进一步组织切片影像研究发现,探针POP在确诊病人的肿瘤切片上,也展示了优良的诊断能力,暗示了其在人类癌症临床诊断方面的巨大应用潜能。在论文第三章中,开发了一个“2,4-二甲基-3-乙基吡咯功能化的硅吡啰红”型荧光探针(简称PSiR),该探针具有稳定性强(抗自氧化及光氧化能力)、吸收和发射波长位于近红外区及溶酶体靶向能力等特性,可以实现对癌细胞溶酶体中高活性氧化物(hROS:HClO,HO~?,ONOO~-)高选择性、快速且灵敏的荧光传感。进一步研究证实,探针PSiR足够灵敏,通过对癌细胞中本底hROS的影像,可以实现多种癌细胞与正常细胞的区分。探针PSiR的开发对于癌症的早期诊断、ROS相关的溶酶体自噬过程研究以及抗癌药物的筛选,均提供了一个具有重要应用前景的影像工具。在论文第四章中,基于硅吡啰红平台,开发了一类新型溶酶体靶向染料ASiRs,该染料具有优良的溶酶体定位能力及滞留能力,通过被动扩散路径实现酶体内快速富集,且富集能力不受酸环境变化影响。同时,该染料具有高的双光子活性截面、大的Stokes位移、强的细胞膜通透性及低的细胞毒性等特点,可以实现活细胞或组织中溶酶体实时影像追踪,且不影响正常的细胞进程。ASiRs平台的开发,对于研究与癌症发生发展密切相关的溶酶体生理功能提供了重要平台。