分子振动是最常见的激发态内转换。但如何理性设计，提高内转换效率，同时实现对环境的响应，进展甚少。我们在菁染料分子中引入转动羰基，构成了“分子转子”，“转子”在自由状态下转动，激发态能量迅速经内转换耗散释放、荧光淬灭；在粘性环境下，“转子”的转动受到抑制，荧光恢复，由此可以用荧光和荧光寿命的变化，检测溶液体系乃至活细胞内的粘度，从而利用染料单分子实现了比例荧光、寿命双模式活细胞粘度成像。老年神经退行性疾病患者的神经细胞、心血管疾病患者的红细胞都有粘度增大的预兆，但长期缺乏方便的检测方法，活细胞的粘度荧光探针及荧光成像，可方便地对这类重要疾病提供早期预警手段。核酸的荧光识别和细胞成像意义重大，我们利用TO系列自由状态下分子基团转动无荧光发出的淬灭原理，设计出分子内含DNA识别功能化的基团，染料DEAB-TO-3与DNA小沟特异性结合，基团旋转抑制，荧光发射，实现了DNA的选择性识别和灵敏的细胞核DNA荧光成像。肿瘤的分子识别是早期诊断的发展方向。我们通过柔性连接远距离电子转移基团，以肿瘤中过量表达的COX-2为目标，利用折叠和打开染料与识别基团(COX-2酶的抑制基团)的相互作用方式，调控光诱导电子转移过程，产生高效内转换过程(无荧光)的激发态淬灭过程，当与COX-2酶识别后，抑制剂端进入酶，染料端从折叠状态打开，发射灵敏的荧光，实现了对肿瘤细胞的识别。