具有双波长发射的荧光探针在细胞内的不同环境中能够发生荧光颜色变化,是动态研究活细胞过程的理想探针选择,在发展活细胞成像方法中意义重大。光响应方式直接快速,时空分辨率高;双波长光响应的可逆固体材料是光学信息储存的理想材料,还在传感、保密和防伪领域具有独特的应用优势。本文基于双波长荧光分子的结构设计与化学合成,开发了一类荧光探针用于活细胞的双色成像与动态过程研究;同时,本文研究了双波长可逆光响应的分子结构设计与传感体系的构建,开发了两种双波长光响应的可逆固体传感材料。探针开发方面,本文基于聚集诱导发光（AIE）和扭曲分子内电荷转移（TICT）开发了TPNPDA-Cn系列双色活细胞荧光探针。通过分子结构设计,采用具有电子给体和受体（推拉电子结构）的AIE发光单元,使探针具有良好的光稳定性,并且在分子空间构象不同时,能够发出红色或黄色的荧光;在发光单元两端分别修饰亲水基和疏水基,使探针分子具有两亲性,通过调节疏水烷基链的长度,调控探针在活细胞中亚细胞器的定位。其中,TPNPDA-C12能够同时成像细胞膜（红色荧光）和线粒体（黄色荧光）,并且成功应用于动态成像不同条件诱导的细胞凋亡过程中,细胞膜与线粒体的变化。TPNPDA-C15具有优异的细胞膜定位性能,实现了长时间双色动态成像膜磷脂排列变化。应用TPNPDA-C15的成像首次在时间尺度上分析研究了磷脂酰丝氨酸外翻与细胞收缩在整个细胞凋亡中的竞争过程,发现了铁死亡与凋亡过程磷脂排列变化的显著差异。固体传感材料的开发研究方面,本文利用光致变色分子螺吡喃（SP）掺杂的聚己内酯（PCL）,基于静电纺丝技术制备光致变色纳米纤维膜。纤维膜在紫外光（UV）和绿光分别照射后,其颜色会发生白色与紫色的可逆切换。通过模板的设计与染料含量的调控,成功制备了多种图案化可穿戴的纤维传感器,用于实时显示环境中的紫外指数。此外,本文研究了三苯甲醇（TPOH）及一些衍生物的可逆光激活AIE性质,发现TPOH在硅胶固体表面,经254 nm或365 nm UV的分别照射后,会在蓝色荧光和无荧光状态之间可逆切换。机理研究表明,该过程源于光照产生的三苯基碳正离子在固体表面被稳定并发射荧光。利用这一性质成功制备了可重复“光书写”与“光擦除”的固体荧光材料。