菁染料具有较高的摩尔消光系数、近红外的吸收和发射波长以及良好的生物相容性,被广泛地应用于环境传感、生物成像以及肿瘤治疗等方面。然而,传统的菁染料的光稳定性较差、单线态氧量子产率过低、缺乏肿瘤靶向性等缺点严重影响了菁染料在临床上的推广和应用。在总结前人工作的基础上对花菁骨架染料进行修饰,本论文在提高染料对肿瘤的特异性识别能力、增强染料单线态氧的产生效率和构建高效长循环纳米靶向给药体系方面,开展了如下研究工作:（1）将硼酸酯引入到半菁母体上,构建了一例H2O2激活型近红外荧光染料Cy-B。该染料在溶液中具有优异的光稳定性,对H2O2表现出高选择性和灵敏度（DL=13 nM）,与过氧化氢响应后,染料的最大吸收波长红移至685 nm,并且709 nm处荧光强度增加,可用于定量检测溶液中的H2O2浓度。染料进入细胞后可定位于线粒体中,对细胞自噬过程和炎症反应过程中产生的内源性H2O2进行实时监测。通过对4T1肿瘤小鼠进行瘤内注射Cy-B溶液,实现了对荷瘤小鼠肿瘤内部过量表达的H2O2的荧光成像,为活体内肿瘤特异性识别提供了有力工具。（2）以肿瘤内过量表达的硝基还原酶为靶点,在半菁母体的羟基上修饰对硝基苄基作为识别位点,设计合成了一例可同时用于肿瘤特异性成像与光动力治疗的光敏剂ICy-N。利用重原子效应,在花菁骨架的共轭体系上引入碘原子来增强系间窜越（ISC）效率,提高光敏剂分子的单线态氧产率从而增强光动力治疗效果。在正常细胞中,ICy-N荧光猝灭并且单线态氧产率较低;在肿瘤组织中,ICy-N被硝基还原酶激活,发射近红外荧光信号（710nm）的同时,单线态氧量子产率增加,实现对肿瘤组织的特异性成像和光动力治疗。（3）利用自由基诱导的四重态光敏剂在形成四重态过程中ISC过程增强的效应,大幅度提高了半菁染料的单线态氧量子产率（>20倍）。将TEMPO自由基以不同长度引入到半菁染料的非共轭侧链上,并且改变羟基端取代基的给电子能力,构建了一系列单线态氧量子产率可调的四重态光敏剂,为无重原子光敏剂的设计提供了新的思路。其中Cy-DENT具有最高的单线态氧量子产率（ΦΔ=32.3%）和最强的细胞杀伤能力（IC50=1.19 μM）。在700 nm光照下,Cy-DENT可以在细胞线粒体内产生大量活性氧物种,导致线粒体膜电位丧失,从而诱导细胞凋亡。通过PEG-SS-PCL胶束的包裹,Cy-DENT可以有效地靶向到肿瘤组织,并通过光动力治疗抑制肿瘤生长。