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氧气检测对于生物医药、食品包装、环境检测及工业控制等领域具有重要意义。比率式光学氧气传感器由于具有方便快捷、准确性高、不易受外界干扰等特性，成为氧气检测的重要手段之一。传统的小分子比率式氧气传感器具有水溶性差、光学信号弱和灵敏度有限等问题，基于分子聚集体的水溶性纳米传感器有望解决上述问题。SiO2纳米材料，由于具有形貌可控、光学透明性、光物理惰性、易于被修饰、较好的化学稳定性及生物相容性等优势，被广泛用作光学传感器的载体材料。 基于分子聚集体纳米传感器及SiO2纳米载体的上述优势，构筑了基于SiO2纳米载体的分子聚集体比率式氧气传感器体系，并成功将其应用于细胞成像及光动力治疗等生物领域。本文具体工作分为以下4个部分: 1.设计合成了硅氧烷修饰的BODIPY衍生物T、香豆素衍生物D、Pyrene衍生物P及卟啉衍生物A，并研究了它们在氯仿溶液中的光物理性质。光物理性质测试结果表明:T、D、P等荧光染料均具有较高的荧光量子效率，且发光区域与磷光分子A的发光区域没有重叠，能够满足构筑比率式氧气传感器的要求。 2.分别通过静电纺丝、St(o)ber法、水热合成法及胶束模板法制备了SiO2纳米纤维、致密型SiO2纳米小球、核壳型介孔SiO2纳米小球和染料掺杂的SiO2纳米粒子等四种纳米载体。通过表面修饰或化学掺杂法实现染料的固载，得到四种基于SiO2纳米载体的分子聚集体系，并对其表观形貌及光物理性质进行分析。由于染料掺杂的SiO2纳米粒子体系在水溶液中具有较高的发光亮度以及很好的分散稳定性，因此将其作为后续研究对象。 3.制备了一系列浓度梯度的一元掺杂SiO2纳米粒子，再将荧光分子与磷光分子混合掺杂，制备了不同掺杂比例的二元掺杂SiO2纳米粒子，并对其表观形貌及光物理性质进行分析。最终选择香豆素衍生物D为荧光内标和能量给体，卟啉衍生物A为磷光指示剂及能量受体，掺杂比例均为0.25％时的D0.25A0.25体系作为比率式氧气传感器。 4.所设计的分子聚集体比率式氧气传感器D0.25A0.25可对水溶液中的氧浓度进行灵敏的比率式检测(KSV=243.11bar-1)。细胞成像实验证明该传感器还可实现对细胞中氧浓度的比率式检测。同时，该氧气传感器光学稳定性好、细胞毒性低、单线态氧量子效率较高，成功将其初步应用于光动力治疗。