荧光材料以其良好的发光效率、高灵敏度、操作便捷等优势在光电器件和生物检测等方面起着重要作用，尽管传统荧光团内在的聚集荧光淬灭特性已经被近十几年来突飞猛进的聚集诱导发光(aggregation induced emission，AIE)材料彻底解决，但大多数AIE荧光团发射波长较短，不利于生物体内实时、示踪靶向的研究。因此本论文的工作重点是围绕喹啉腈AIE母体构建了一系列长波长近红外AIE材料，并系统地研究了其水溶性、聚集态形貌及聚集微环境的改变在光波导、刺激响应等发光材料，以及肿瘤靶向成像、生物大分子和活性氧物质检测方面的应用。　　首先，综述了AIE母体的不同构建方法，阐明了AIE形成机理，接着介绍了长波长AIE化合物在光波导、刺激响应以及生物检测方面的应用，重点就AIE分子结构调控与其聚集态形貌和光学性能之间关系进行了前瞻性的讨论。　　大多数AIE荧光团的发射波长较短，第二章中基于本课题组的AIE构建单元喹啉腈母体，以平面性较好的噻吩单元作为π桥联，通过引入不同的给电子基团以期待能够扩展AIE化合物的固体荧光波长。相比较于QM-1中甲基噻吩作为电子给体的红色固体荧光，三苯胺或烷氧基三苯胺单元的引入进一步延长了AIE化合物的π共轭体系，QM-2和QM-3的聚集态荧光波长向深红乃至近红外区域拓展;同时考察了化合物自组装及单晶结构中扭曲的分子构型及分子间作用，发现QM-1、QM-2和QM-3聚集态形貌均表现出良好的微米棒结构，且QM-2的棒状结构规整，表面最为平滑，用于光波导材料时晶体棒的光损耗系数最小。QM-3中甲氧基的氢键作用及QM-BT中大位阻的空间构型能够改变其固态分子堆积形貌，在外界刺激条件后氢键或扭曲构型容易被破坏，进而产生红光到近红外的荧光响应。因此，该类具有优越AIE性能的QM衍生物可用于构建光电器件时的发光材料。　　近红外肿瘤靶向型荧光材料是体内生物检测及成像中急需的造影剂，第三章中通过独特的AIE有机小分子结构调控来实现了近红外的AIE荧光发射、聚集态形貌由棒状向球状的转变以及生物体内肿瘤靶向成像。采用不同的π桥联以及电子给体单元，重点调控了QM化合物的AIE聚集态波长从669 nm延伸至721 nm;同时3，4-二氧乙撑噻吩(EDOT)取代噻吩作为π桥联时，其中环氧乙基单元灵活的空间构型和氧原子的富电性成功实现了QM-4、QM-5和QM-6的聚集态形貌由棒状向球状的转变，并通过SEM、TEM及CLSM进行表征。细胞实验表明该类长波长的QM纳米材料具有良好的细胞相容性和长期的细胞示踪能力，尤其是球状的QM-5聚集态能够特异性地进行体内肿瘤靶向成像，而棒状的QM-2聚集态只能呈现全身荧光分布。研究表明，形貌特异性对近红外AIE荧光探针进行肿瘤靶向成像具有重要的影响，为开发生物体内原位肿瘤靶向成像剂提供了一条全新的思路。　　水溶性、长波长的AIE荧光材料在构建生物大分子检测体系中至关重要，第四章基于喹啉腈AIE母体设计合成了三个含有磺酸单元的新型喹啉腈衍生物EDS和EDPS。通过磺酸单元修饰位点的改变来对其水溶性、发射波长和AIE性能进行了深入探究，特别是化合物EDS在水溶液中呈囊泡状的疏松堆积状态，仍具有一定的空间或体积来通过分子内旋转或扭曲消耗激发态的能量，故而基本没有荧光，当加入牛血清蛋白BSA后，EDS与BSA的折叠结构发生相互作用，堆积变得紧密，聚集产生强的红色荧光，该机理也通过了DLS粒径和TEM成像的验证。进一步通过荧光阵列设计了用于检测胰蛋白酶的非标记型AIE荧光探针，其具有灵敏的响应速度和低的检测限。系统地研究了磺酸单元在不同的取代位点时对AIE化合物聚集微环境的影响，其中当磺酸基团作为构象调控单元时，能够改变分子间相互作用力，实现长波长AIE聚集态在生物探针方面的应用。　　结合AIE单元聚集荧光增强和ESIPT单元激发态分子内质子转移的特性，第五章基于喹啉腈AIE构建单元及ESIPT基团3-苯并噻唑-4-羟基苯甲醛设计合成了一类长波长生物探针，期待能够对活性氧物质H2O2进行比率型荧光检测。研究表明，AIE化合物QM-B1和QM-B2在98％ HEPES/DMSO溶液体系中已经形成了紧密堆积的聚集态，其活性反应位点苯硼酸频哪醇酯不能与H2O2进行充分的接触，从而检测灵敏度非常低。考虑到有机分子在生物水环境中的限制，选择阳离子型表面活性剂溴化十六烷基三甲铵(CTAB)和嵌段共聚物分别对AIE化合物进行包裹;当CTAB的含量达到其临界胶束浓度后，胶束内部的疏水性环境对QM化合物的聚集微环境造成影响，尤其是具有ESIPT效应的QM-B2在胶束体系中对H2O2的检测取得了良好的效果，QM-B2初始态的荧光波长为588nm，加入50当量的H2O2后，随着反应时间的增加荧光逐渐红移至636 nm，且荧光强度明显提高，实现了AIE探针比率型的荧光检测。　　针对传统吡喃腈染料聚集荧光淬灭的特性，以及结合本课题组构建喹啉腈AIE母体的设计思路，第六章采用相似的策略在吡喃腈官能团中引入氮杂单元取代原来的氧原子，同时连接1，1-二氰基-2-氰乙基苯乙烯单元来增加π共轭结构，成功地得到了近红外固态发光的AIE化合物BM-2和BM-3，拓宽了长波长近红外的AIE化合物的种类。进一步对该类化合物的光物理性能以及聚集态形貌进行深入探究，BM系列化合物的热稳定性能良好，其热分解温度均在180℃以上，尤其是含有氮丁基取代单元的BM-2化合物最为稳定，且固态荧光量子效率最高;同时BM系列的聚集态形貌均为球状纳米颗粒，可作为潜在的近红外生物活性成像剂。