荧光技术已被广泛用于开发用于检测分析物和理解体外和体内复杂生物过程的非侵入性方法。已经探索了多种荧光探针,有机发色团,荧光蛋白和最近开发的基于有机半导体分子或共轭聚合物的有机点,以完成具有期望的具有挑战性的检测和成像应用。在不同的成像技术中,荧光成像具有高灵敏度,良好的时间分辨率,大的体外和体内通量以及灵活的成像仪器等优点。然而荧光显微成像技术是需要具有荧光效率高、光稳定性好、斯托克位移大的荧光生色团。在之前的研究中经常用到的荧光探针主要有传统荧光染料、无机半导体量子点、硅基探针、共轭有机半导体探针等。然而这些常用的荧光染料都有我们熟知的一些缺点如:疏水性、易聚集猝灭、光漂白、自身毒性,还有些容易受到源背景荧光干扰、信噪比低、易受环境的影响等。在有机光电子的纳米和微米结构中π-共轭有机分子染料则提供了有吸引力的平台。有机小分子荧光染料由于在设计的可行性和合成方便可控性成为荧光染料在生物传感的应用方面快速的发展。而在固态时常规有机染料分子通常具有浓度聚集荧光猝灭的效应。在本论文中我们要介绍的这几种分子都具有独特的光致发光特性以及聚集诱导荧光增强的效应,它们都可以避免那些一问题。通过简单的自组装过程制备纳米结构,讨论它们在生物学成像或其他光学研究中的应用。基于有机小分子荧光染料的应用,本论文主要是从以下几个方面开展:一、根据文献报道以及在本课题组应用到陶友田老师课题组合成的有机小分子CPy具有良好的TADF效应,我们设计合成了一个新的结构t Bu-CPy,即通过叔丁基的取代,改变它的能级,通过对其光学性质及其生物成像的研究发现,其性质与CPy的很相似,同样是具有长寿面荧光的有机小分子染料,我们发现它的发射波长被调长,这将是我们对t Bu-CPy进行研究一个比较好的创新点。二、通过分子对称性、取代基异构化等效应,设计、合成基于氰基苯乙烯撑共轭中心的四种对称型的双光子荧光有机小分子TPA-CN-F、TPA-CN-N、OMe-TPA-CN-F、OMe-TPA-CN-N。三、对四种对称型的双光子荧光有机小分子TPA-CN-F、TPA-CN-N、OMe-TPA-CN-F、OMe-TPA-CN-N的光物理性质、聚集态行为和生物成像应用进行研究。本论文围绕分子材料荧光性质调控,进行材料设计,分别实现了多种光学特性的荧光纳米探针,并进行相应的生物成像应用。