近年来,荧光技术由于具有灵敏度高、价格低和可实时监测等优点,被广泛的应用于化学、材料、生物和医学等领域。荧光技术的发展离不开荧光材料,在各种发光材料中,有机荧光材料由于其发光性能优异,种类繁多,结构和光谱可调等优势,吸引了研究者的广泛关注。本论文设计制备了多种具有优异光学性能和功能性的新型有机荧光材料,提高荧光团的量子产率,并实现了其在生物检测和生物成像方面的应用。主要研究内容包括以下几个方面:1.设计制备了一种新型水溶性荧光共轭聚合物,实现了对细胞膜的双色荧光成像。聚合物主链结构包含发蓝光的能量给体和发红光的能量受体,可进行荧光共振能量转移,其侧链修饰带正电的双咪唑基团和寡聚乙二醇,具有优异的水溶性,并且可通过静电相互作用与带负电的细胞膜结合。共轭聚合物与细胞共培养后,可迅速在细胞膜表面发生聚集,即使长时间共培养也不会发生内吞作用而进入到细胞内部,且由于聚集诱导分子链间的荧光共振能量转移效率提高,红色荧光增强,可以同时发射出强度相近的蓝色和红色荧光信号,实现对细胞膜的双色荧光成像。2.基于水溶性共轭聚合物聚集增强荧光共振能量转移机理,实现了对三磷酸腺苷分子的高效检测。该共轭聚合物在自由态时,由于分子内的荧光共振能量转移较弱,主要发射出蓝光和少部分的红光而呈现紫色。当其侧链中的双咪唑基团与三磷酸腺苷分子通过静电相互作用等发生特异性结合,形成聚集体,分子间的荧光共振能量转移增强,红色荧光增强,利用能量转移效率的差异,可实现对三磷酸腺苷分子的高灵敏度和高选择性检测。3.设计制备了一种具有高亲和性的红光共轭寡聚物/二氧化硅复合纳米粒子,实现了对潜指纹的高效检测。首先合成了具有红色荧光的有机共轭寡聚物,侧链修饰硅烷基团,采用反相胶束法,寡聚物可以通过共价键掺杂到二氧化硅纳米粒子中,对复合纳米粒子进行环氧基改性。寡聚物在二氧化硅基体中的均匀分散,可以有效阻止聚集引发的自淬灭问题,荧光发光效率得到显著增强。将该纳米粒子粉末用于潜指纹检测,红色荧光可以有效避免背景荧光的干扰,环氧基团可以有效提高纳米粒子对指纹分泌物的亲和性,该纳米粒子在多种基底上具有优异的检测潜指纹的能力。4.设计制备了具有聚集诱导发光效应的水溶性分子,实现了在细胞环境中对铁离子的高效检测。选用传统AIE结构四苯基乙烯作为发光基团,侧链修饰双咪唑基团和寡聚乙二醇结构。探针以单分子状态溶解在水中时荧光较弱,与三磷酸腺苷分子通过自组装形成有机荧光纳米粒子后,荧光显著增强。基于荧光淬灭机理,该荧光纳米粒子可以在水溶液中对铁离子进行高灵敏度和高选择性检测。细胞实验表明,该荧光分子的荧光可以通过结合宫颈癌细胞的内源性三磷酸腺苷分子而发生大幅增强,同时该荧光信号可以被铁离子淬灭,实现在细胞环境中检测铁离子。