生物体内某些含巯基化合物如半胱氨酸 ( Cys) 、同型半胱氨酸( Hcy) 、二硫苏糖醇( DTT) 、 谷胱甘肽( GSH) 等在维持生命体系氧化还原动态平衡中发挥着重要作用，高选择性、高灵敏度的检测生物巯基物质在生化研究和相关疾病诊断中均有重要的意义。目前用于检测巯基物质的方法主要有电化学法、比色法、荧光法、高效液相色谱法( HPLC)以及毛细管电泳法( CE)等。

在荧光分析中，双光子吸收过程具有长波吸收段波发射，高度的三维空间选择性及大穿透深度等不同于单光子吸收的特点。因此，有机双光子材料及其应用技术的研究引起国内外学者的兴趣，并取得显著的进展。近年来，随着双光子荧光显微镜的商品化并成为生命科学家们的常用工具，双光子生物探针的研究成为一个十分活跃的研究领域。与普适及共焦显微镜相比，双光子显微镜在三维成像方面分辨率高，生物样品穿透深度打，并能有效避免光损伤。在生物应用中,以长波长、低能量的红外光为激发光源,对生物样品穿透性强、光损伤小,可以有效避免本底荧光及散射光的干扰,减少光漂白作用,同时具有很高的空间分辨率,在生物医学等相关领域优势巨大,应用前景广阔。将双光子荧光探针用于生物分析或成像,可以克服传统单光子探针的不足,对于实现动态、原位、实时的分析检测具有重要意义。双光分子聚合是有机双光分子材料应用的另一个研究热点，其具有高度空间选择”点”聚合能力，长波长激光引发及辐射光的穿透性好等优点，自1999年烯类单体的双光分子聚合被发现以来，他在光开关制备，光子晶体，微机械及三维微加工等前沿领域得到了广泛的关注。对于双光子聚合反应，研究者普遍认为其机理应属于自由基历程，但并没有得到有力的证实。因此，透彻了解双光子聚合机理对设计高效率的光聚合引发剂，提高聚合反应的整体效率以及降低聚合反应光强阈值等都具有重要意义。

由于荧光分析法操作简单、检测限低和易于操作等优点，双光子探针的优越性，因此成为检测使用的首选探针。但是，新型荧光探针的设计与应用研究仍有大量的工作有待去开展，其中的关键是必须与时俱进地提升荧光探针性能，使其能适应时代的快速发展和应对层出不穷的挑战。

在此课题中，最大的问题就是在于半胱氨酸(Cysteine, Cys)和高半胱氨酸(Homocysteine, Hcy)在细胞抗氧化系统中发挥着关键的作用。Cys和Hcy同时表达在真核细胞内,其分子结构上只有一个亚甲基的差别,但功能重要却完全不同：Cys是构成蛋白质和谷胱甘肽的氨基酸；Hcy与人类的心血管疾病、进行性老年痴呆症有直接关联。针对目前高选择性识别并成像细胞内Cys及Hcy的荧光探针尚不成熟、识别并成像细胞内Hcy的荧光探针尚无报道、高选择性识别并利用双光子荧光显微镜成像细胞内Cys的双光子荧光探针刚刚起步的状态,开展具有活细胞通透性的高选择性识别Cys或Hcy的双光子荧光探针的研究是非常重要的。

因此针对于可以专一性地识别半胱氨酸而不受同型半胱氨酸(Hcy)、二硫苏糖醇(DTT)、谷胱甘肽(GSH)和其它氨基酸的影响，此课题为设计单一检测半胱氨酸的探针并合成。半胱氨酸的荧光分子探针有多个反应机理，有基于裂解反应的探针，如基于荧光共振能量转移(FRET),该分子探针有两个发色团，发色团之间能够发生荧光共振能量转移，当半胱氨酸加入时，能够引起碳硫键的断裂，导致荧光共振能量转移不能发生。还有基于加成反应，基于醛基环化反应的探针。本探针设计采用基于醛基环化反应。探针分子结构简单，分子结构呈树叉状，分子中间嘧啶分叉上的醛基发生环化反应后，形成噻唑烷，分子内电荷转移受到抑制。导致探针产生荧光。同时半胱氨酸和同型半胱氨酸，与醛基发生的环化反应形成的产物不同。因此，引起的色深变化不一样，由此可以分辨出需要检测的蛋白分子。对探针进行仿真测试，在人类血浆中检测GSH而没有事先去蛋白化处理，对于Cys / Hcy的重要应用是显着的。用HEPES缓冲液（pH 7.4）简单重建感染人血淋巴样品。 样品分别加入Hcy，Cys和GSH。 在存在T1，加入三氟乙酸沉淀蛋白，样品在Cys和Hcy存在下提供选择性黄色形成，而具有GSH的血浆仍然显示橙色。这与我们先前在缓冲溶液中的结果完全一致。天然血浆溶液中的结果显示探针在生理环境中使用的潜力。

本荧光探针很容易穿透细胞膜,使快速荧光标记。考虑到半胱氨酸水平和许多疾病之间的关系,这个调查可以提供一个简单的和可见的方式在实时检测体内半胱氨酸，总之，我们开发了一个特定的化学探针，可用于活细胞中的Cys / Hcy和其他氨基酸的选择性成像，并通过视觉变色检测人血浆中。

本课题工作以解决荧光探针面临的瓶颈问题为目的，以改善和提高荧光探针的传感与成像性能为主旨，立足于分析化学，有机化学，生物化学与纳米技术的学科交叉，在化学生物学等研究领域的应用提供新思路和新方法。