在众多分析技术中,光学分析因具有灵敏度高和非侵入等优点被广泛应用于生化检测、疾病诊断和药物筛选。然而,随着生命科学研究的不断深入,传统的光学探针难以满足现代生物分析在灵敏度、选择性、时间分辨成像以及功能化检测等方面的需求。得益于化学生物学与纳米材料学等学科技术的不断发展,越来越多的复合纳米材料被设计并用于光学检测。其中,通过对光学纳米探针功能化修饰可以实现对检测环境特点（如热、p H、氧化还原、酶等）或外在调控（如光、磁、超声等）的智能化响应,从而实现灵活、选择和智能的生化分析。在本论文中,为了提高光学探针的灵敏度,优化了探针的发光形式与发光波长;为了提高检测的选择性,设计了一系列基于酶特异性催化的光学探针;为了实现对特定时间和事件的时间分辨检测,制备了可对近红外光灵活响应的纳米探针;为了同时实现对疾病的诊断与治疗,构建了诊疗一体化纳米体系。具体内容如下:（1）为了提高光学探针的选择性和灵敏度,我们通过模拟细胞器过氧化物酶体中H2O2生成和清除两步代谢过程,设计了一种新型生物标志物识别的化学发光探针。该探针以氧化酶的特异性催化为基础,实现了对分析物的选择性检测。此外,得益于其不需要光激发的化学发光形式,该探针可以实现无背景干扰地对H2O2、葡萄糖、乳酸、尿酸以及乙醇等可被氧化酶催化产生H2O2的生物标志物高灵敏检测。此外,以葡萄糖检测为例,首次实现了细胞内葡萄糖的化学发光检测。并且通过监控细胞内葡萄糖水平的变化,成功建立了一种新型的胰岛素增敏类药物的细胞筛选方法。可以预见这种仿生化学发光纳米探针在代谢相关疾病的诊断和药物开发中具有广阔的前景。（2）为了赋予小分子荧光探针通用的时间分辨检测能力,我们通过构建两种近红外光智能响应的纳米探针,分别实现了复杂细胞过程和活体动物中碱性磷酸酶活性的时间分辨监测。首先,我们合成了偶氮苯衍生物掺杂的脂质膜上转换纳米探针。通过调节近红外光的功率密度,镧系上转换纳米核心可以实现两种不同类型的光发射,间接地控制纳米探针脂质膜中偶氮苯分子的构象变化,以实现单波长近红外光调控的纳米探针“激活”和“失活”。以还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸检测为例,展示了单波长近红外光控制下光学纳米探针用于时间分辨地监控包括癌症糖酵解和配体诱导酶促反应相关的复杂细胞过程。其次,为了实现时间分辨地监测不同组织和生物过程中碱性磷酸酶的活性。合成了一种基于二氯取代二氰基亚甲基-4H-色烯衍生物的新型近红外小分子荧光探针,该荧光探针在生物p H范围内具有良好的发光效率和稳定性,可以实现酸性肿瘤环境中碱性磷酸酶活性的检测。接着,进一步将该小分子荧光探针装载到近红外光响应的纳米器件中,以实现光响应的时间分辨碱性磷酸酶成像。此外,还成功地将其用于监测药物诱导急性肝损伤小鼠模型中碱性磷酸酶活性随时间的变化趋势。（3）在研究光学探针选择性、灵敏度和时间分辨成像的基础上,进一步开发了一种双重近红外光正交响应的诊疗一体化纳米平台,用于β-葡萄糖醛酸苷酶活性成像指导的癌症诊疗研究。为了检测活体内β-葡萄糖醛酸苷酶的活性,首先合成了具有深组织穿透的新型小分子近红外荧光探针。随后,分别使用该荧光探针和光动力学疗法作为诊断和治疗机制,制备了双近红外光正交响应的纳米诊疗平台。在分别验证了980和808 nm近红外激光在体外调控β-葡萄糖醛酸苷酶检测和光动力学治疗后。本研究成功考察了各种异种移植肿瘤模型中β-葡萄糖醛酸苷酶的活性。通过双近红外光正交地调控,进一步将纳米诊疗平台用于β-葡萄糖醛酸苷酶活性指导的肿瘤特异性标记和个体化光动力学治疗。