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荧光探针由于具有非侵入性、操作方便、分辨率高等优点被广泛应用于生物检测、组织成像及肿瘤治疗等领域。传统荧光探针在聚集或高浓度条件下会发生荧光猝灭(Aggregation-Caused Quenching，ACQ)现象，而大多数荧光探针为疏水性化合物，使得其在生物水环境中使用受到限制。2001年，香港科技大学唐本忠课题组发现聚集诱导发光(Aggregation-Induced Emission，AIE)现象，该类荧光化合物在溶解时不发光而聚集状态下发出强烈的荧光。AIE材料适用于生物水环境体系并且具有抗光漂泊、低背景荧光等优点。本论文主要针对AIE材料在生物体检测、细胞成像及治疗领域的应用进行介绍和研究。 第一章:首先阐述了聚集诱导发光(AIE)现象和产生机理，着重介绍AIE材料在离子和分子检测、细胞成像及肿瘤治疗领域的应用研究，由此提出本论文的设计思路及研究方向。 第二章:柠檬酸是三羧酸循环中的重要中间体，在生物体新陈代谢过程中发挥着重要作用。生物体内柠檬酸浓度异常与前列腺癌等疾病相关，故对其浓度检测具有重要意义。本章以四苯乙烯(TPE)为荧光团，双吡啶胺为识别基团设计合成具有AIE效应的荧光探针TPE-Py，该探针可以通过氢键和静电作用与柠檬酸结合并引起荧光增强，结合比为1∶1。络合机理通过核磁、质谱滴定、红外光谱、扫描电子显微镜(SEM)和动态光散射(DLS)等证明。该探针对柠檬酸的检测表现出良好的选择性和灵敏度，检测限为1.0×10-7M。此外，该探针可用于人工尿液中柠檬酸的定量检测，为生物体内柠檬酸浓度检测提供新的思路。 第三章:脂滴对调控细胞内脂质存储及生物体新陈代谢非常重要，细胞内脂滴浓度与炎症、癌症等疾病有关，因此对脂滴进行实时监测成像具有重要价值。本章以吩噻嗪为电子给体(D)、菲醌喹喔啉为受体(A)设计合成了具有“D-A-D”结构的近红外荧光探针DBP-PTZ，该探针在四氢呋喃和正己烷混合溶液中表现出聚集诱导发光和溶剂化效应。化合物DBP-PTZ可以应用于细胞内脂滴成像，并且可以根据探针荧光强度反映细胞内脂滴浓度从而监测细胞内脂滴积累过程。此外，该化合物具有较大的双光子吸收截面值(801GM)，表明其在双光子成像领域具有潜在价值。 第四章:构建荧光共振能量转移(Fluorescence resonance energy transfer,FRET)体系可以有效拓宽荧光探针的斯托克斯(stokes)位移，以AIE纳米颗粒作为荧光给体可以获得较强的给体发射及能量转移效率。本章以阳离子型四苯乙烯(TPE)AIE纳米颗粒TPE-N+为荧光给体，阴离子型吡咯并吡咯二酮(DPP)光敏剂DPP-COO-为荧光受体，利用两者之间的静电作用构建FRET体系。光敏剂DPP-COO-的斯托克斯位移较小且聚集时会发生荧光猝灭(ACQ)现象，以AIE纳米颗粒TPE-N+为荧光给体可以提高光敏剂DPP-COO-的斯托克斯位移及荧光强度，并且具有较高的能量转移效率。此外，TPE-N+/DPP-COO-纳米颗粒可以产生单线态氧，光照后能够杀死部分肿瘤细胞。因此，具有较大stokes位移的TPE-N+/DPP-COO-纳米颗粒在细胞成像和光动力学治疗领域具有潜在的应用价值。