近红外二区（NIR-Ⅱ,1000-1700 nm）荧光生物成像与常用的可见光（400-700nm）与近红外一区（NIR-I,700-1000 nm）相比,具有组织穿透能力更深和信噪比更高等优势,近年来得到了广泛的关注。在NIR-Ⅱ成像技术发展过程中,荧光染料扮演了重要的角色。分子染料具有优异的生物相容性,在临床转化中更具优势。然而,目前报道的分子染料荧光发射波长较短,而且难以同时具有较高的消光系数和高荧光量子产率（QY）。因此,开发高性能的NIR-Ⅱ分子染料具有重要的意义。分子染料的结构与光学性能紧密相关,合理的分子结构设计可以有效提高染料的光学性能。基于此,本文针对具有屏蔽单元-给体-受体-给体-屏蔽单元（S-DA-D-S）结构及稠环受体分子结构的两类分子进行结构调控,并使用两亲性聚合物DSPE-m PEG2000对分子进行包裹得到水溶性纳米染料（NFs）。对于S-D-AD-S型分子,通过给体单元的优化,提高染料的QY。对于稠环受体分子,通过对桥给体单元结构进行调控,使染料在水中的消光系数和QY都得到有效提高。本文具体内容如下:论文的第一部分对NIR-Ⅱ成像的基本知识进行介绍。首先介绍了NIR-Ⅱ成像的优势。然后简述了NIR-Ⅱ生物成像技术的发展、NIR-Ⅱ染料的分类、NIR-Ⅱ分子染料的研究进展。最后,基于对NIR-Ⅱ分子染料的总结和分析,针对当前分子染料发展中的挑战,确定了本课题研究目的和内容。论文的第二部分介绍了实验材料与方法,包括实验材料、实验仪器、分子染料的合成、NFs的制备、粒径测试、吸收光谱测试、荧光光谱测试、光学稳定性及纳米粒子尺寸稳定性测试、生物成像、QY计算方法、理论计算方法。论文的第三部分研究了具有不同给体单元的S-D-A-D-S型NIR-Ⅱ分子染料结构与光学性能的关系。与分别用噻吩、3,4-乙烯二氧噻吩（EDOT）和3,3-二丁基-3,4-丙烯二氧噻吩（PDOT-C4）作为给体单元的分子n-FT、n-FE和n-FE346相比,用3,4-乙烯二硫噻吩（EDST）作为给体单元的n-FES分子在甲苯中具有更高的QY（5.45%）（以IR-26在二氯乙烷的QY为0.05%作为参考）。用四个分子制备的NFs在水中的荧光发射峰均超过1040 nm。用n-FES制备的纳米染料n-FES NFs在水溶液中QY达到1.25%,高于n-FT NFs的0.01%,n-FE NFs的0.27%和n-FE346 NFs的0.89%。理论计算分析发现,基于EDST单元的n-FES分子的共轭骨架扭曲较其他三个分子更大,减弱了纳米颗粒中染料分子间的聚集,降低荧光淬灭,使得n-FES相比于n-FT、n-FE和n-FE346在NFs中具有更高QY。论文的第四部分对稠环受体分子中桥给体单元的结构进行调控,提高了分子染料的光学性能。所制备的NFs的荧光发射峰位于1110 nm,且具有较大的斯托克斯位移。与用3-（2-乙基己基氧）噻吩（3-EHOT）和3-（2-丁基辛基氧）噻吩（3-BOOT）作为桥给体的染料COTIC-4F NFs和CBTIC-4F NFs相比,3,3-二辛基-3,4-丙烯二氧噻吩（PDOT-C8）作为桥给体单元的染料CPTIC-4F NFs在磷酸缓冲盐溶液（PBS）中具有更优异的光学性能,吸收峰消光系数为14.5×104 M^-1cm^-1,QY为0.39%。808 nm激发的荧光亮度为490,是目前在水溶液中亮度最高的NIR-Ⅱ分子染料。理论计算与分子动态模拟研究发现,CPTIC-4F分子骨架具有更强的疏水性保护及更小的扭曲,使得分子具有更高的荧光亮度。