作为一类新兴的光学纳米材料,有机半导体聚合物纳米粒子因其优异的光学性质以及好的生物相容性被广泛应用于生物成像、生物传感和治疗等。近年来的研究发现,有机半导体聚合物纳米粒子相比于无机纳米粒子（如金纳米棒）能够更有效地将吸收的光能高效的转换为热能,实现其在光热治疗以及光声成像领域的应用。然而,目前报道的半导体聚合物纳米粒子在结构和应用上仍存在几点不足之处:1、目前大部分的半导体聚合物纳米粒子是通过“纳米共沉淀”的方法制备的,即利用两亲性分子将疏水性的半导体聚合物通过自组装包裹起来以实现其水溶性。此法制备的纳米颗粒容易在血液循环过程中发生解离,导致光学性质的改变和差的生物分布;2、半导体聚合物的共轭主链是高分子,不易降解和代谢;3、基于半导体聚合物纳米粒子的可激活探针还有待进一步开发。因此,本论文从结构设计出发,旨在开发具有高的结构稳定性和光稳定性;可生物降解;对生物信号分子具有特异性响应的半导体寡聚物纳米探针,并研究其在生物成像和生物传感领域的应用。论文的研究内容包括以下五部分:1、基于寡聚苯撑乙炔的半导体荧光纳米粒子的制备、光物理性质及双光子细胞成像本章中,我们设计合成出一类基于寡聚苯撑乙炔（OPE）的不对称两亲性分子,并对其结构、光物理性质等进行了详细研究。因其固有的两亲性质,该分子可以在水溶液中自发形成规整的纳米聚集体,并进一步研究了聚集体形貌随浓度的变化规律。由于荧光发色团是通过共价键引入到两亲分子中的,该纳米粒子的结构稳定性相比于传统的通过“纳米共沉淀”法制备的纳米粒子大大提高。细胞吞噬实验表明,该纳米粒子具有很好的生物相容性,可以作为一类新型的水溶性纳米探针应用于细胞成像和药物运输。2、寡聚苯撑乙炔半导体荧光两亲分子包覆的水溶性磁纳米粒子在肿瘤靶向双模态成像中的应用本研究设计制备了一种叶酸受体靶向的多功能荧光磁纳米探针,该探针由两亲性的寡聚苯撑乙炔（OPE）通过简单的包覆疏水性磁纳米颗粒构建而成。探针的磁纳米“核”提供了优异的T2磁共振造影功能,而探针表面的两亲性寡聚物赋予了其良好的水溶性、生物相容性、荧光性和对肿瘤的靶向识别能力。TEM观察到纳米探针是非常规整的球形形貌,且分散均一;DLS显示其平均水合粒径为34.4±2.5 nm。经测试,该探针的饱和磁化值（Ms）为23 emu g^-1,且横向弛豫率为140.89 m M^-1 s^-1。双光子测试表明,该OPE两亲性分子具有大的双光子吸收截面（高达2362 GM）。细胞及活体实验表明,该纳米探针在磁共振/双光子荧光双模态成像方面表现出了巨大的应用潜力。3、具有近红外吸收性质的半导体寡聚物纳米粒子用于光声和荧光成像本章中,我们报道了一种结构稳定的近红外吸收半导体寡聚物纳米粒子并成功应用于活体的光声/荧光成像。我们首先合成了主链为三苯胺-DPP结构,侧链挂接亲水性PEG链的两亲性半导体寡聚物（ASO）,然后通过自组装在水溶液中实现纳米粒子的制备。相比于纳米共沉淀法制备的半导体寡聚物纳米粒子（SON）,ASO具有更高的结构稳定性和光声亮度。小的尺寸和PEG钝化的表面使得该纳米粒子能够通过EPR效应被动靶向到肿瘤部位,产生高信噪比的光声/荧光成像效果。该研究不仅合成制备了一种新的近红外吸收的半导体纳米粒子用于光声和荧光成像,同时由于ASO的两亲性质,可以作为纳米载体包覆药物或其他传感分子以实现成像指导下的治疗。4、基于吩噻嗪的半导体寡聚物纳米探针“鸡尾酒”在细胞器多色成像中的应用本章设计合成出两种基于吩噻嗪结构的半导体寡聚物和对不同细胞器有特异性识别功能的两亲性嵌段聚合物。通过疏水-疏水作用制备了两种半导体寡聚物纳米探针:溶酶体靶向探针（LNP）和线粒体靶向探针（MNP）。LNP和MNP均对次氯酸根（Cl O-）有特异性识别作用,且表现出不同的荧光色彩响应（LNP:绿光变蓝光;MNP:红光变橙光）。我们进一步将LNP和MNP按照一定比例混合制备出纳米探针“鸡尾酒”,实验结果表明,该“鸡尾酒”探针能很好地被细胞摄取,在选择性波长激发下,实现对溶酶体和线粒体中Cl O-的同时成像。荧光定量结果表明,激活的巨噬细胞内溶酶体和线粒体中的Cl O-浓度大约分别为9.0和8.0μM,这和文献报道的数值几乎一致。5、可降解的半导体寡聚物纳米探针在对肿瘤次氯酸的比率型光声成像中的应用本研究开发了一类基于自组装方法制备的可降解的半导体纳米探针,并成功实现了对肿瘤内次氯酸的比率型光声成像。我们首先设计合成出主链为吩噻嗪-DPP、侧链为水溶性聚乙二醇单甲醚（MPEG）结构的两亲性半导体寡聚物,并通过自组装方法包裹疏水性小分子近红外染料（NIR775）制备出半导体纳米探针。由于吩噻嗪-DPP结构能被次氯酸特异性降解,而NIR775对次氯酸不敏感,该探针表现出了对次氯酸高灵敏度、高选择性的比率型光学响应,并成功实现了对活体肿瘤内次氯酸的比率型光声成像。