在生命活动中,血液、组织及各类细胞内的H+、O2、CO2浓度被视作非常重要的生理参数,其变化情况通常能反映出呼吸、代谢等功能的基本状态。近年来,研究人员进一步发现细胞的H+、O2、CO2的浓度变化与生物体内肿瘤、阿尔兹海默症等疾病存在着密不可分的联系,因此pH、O2、CO2的准确监测对生命活动机理的理解甚至疾病的诊断有着重要意义。荧光分析法通过特AG-221异性荧光染料或探针的荧光强度或寿命波动分析目标参数的变化情况,基于荧光分析法的光学传感器具有高敏感性、响GDC-0068研究购买应时间快等优点,从而在生理参数测量方面受到许多广泛关注。在本论文中,为了高效检测H+、O2、CO2的动态变化,制备了两种基于荧光分析法的光学传感器,主要包括两部分工作:首先是监测细胞内pH变化的双光子比率荧光纳米传感器,可以实现单光子和双光子激发模式下细胞内pH及其波动的比率荧光成像及实时监测;第二部分研究内容是能够同时检测pH、O2、CO2波动的多功能荧光毛细管传感器,在单一波长激发下具有良好的多参数敏感性、稳定性和可逆性。本篇论文中的研究内容主要包括:(1)基于再沉淀法制备以共轭聚合物聚(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)(PFO)为基质,以异硫氰酸荧光素(FITC)为pH敏感荧光探针的双光子比率荧光pH敏感纳米传感器。对该纳米传感器的透射电子显微镜(TEM)和动态光散射(DLS)分析可知其粒径分布均匀,约为150 nm左右。在单、双光子激发下,FITC和PFO的比率荧光在pH范围为3～10时均表现出高效的pH敏感响应,单光子和双光子模式下的Pka分别为6.69和6.43。该纳米传感器具有高灵敏度、优异的稳定性、低的细胞毒性、良好的可逆性和双光子激发能力。该传感器应用于HeLa细胞,可成功实现单光子和双光子激发模式下细胞内pH波动的比率荧光成像,进而实时监测细胞内pH波动情况。(2)制备一种对氢离子、溶解氧、二氧化碳浓度敏感的多功能荧光毛细管传感器,实时监测三种参数的浓度变化。该传感器采用单个内径2 mm的石英毛细管作为载体,将O2敏感荧光探针Ru(dpp)3(PF6)2、pH和CO2敏感探针8-羟基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐(HPTS)分别通过三种不同结构immunogen design的薄膜固定于毛细管内壁左、中、右三个区域。SEM成像可表明该传感膜具有致密性,且在460 nm单一激发波长照射下,在毛细管左、中、右部分能采集到对应的pH、O2、CO2敏感探针荧光信号,实现多参数光学监测。对毛细管内壁各敏感膜进行检测,pH具有优异的pH敏感性,pKa=6.91;O2敏感膜具有较高的氧气敏感性,可通过Stern-Volmer方程进行拟合,其荧光强度I0/I比值与氧气含量具有良好的线性关系;CO2敏感膜猝灭反应敏感度约为96%,呈现高的CO2灵敏度。此外,该毛细管传感器具有良好的特异性、储存稳定性和可逆性。研究结果表明该多功能毛细管传感器在实时血气分析和多参数生物检测方面具有很大的应用潜力。