荧光探针凭借响应速度快、操作简单和灵敏度高等优点,吸引了广泛的科研关注。目前,大多数荧光探针都是基于聚集荧光猝灭（aggregation-caused quenching,ACQ）。具有ACQ性质的荧光材料在聚集状态会由于π-π相互作用,造成荧光强度降低。因此,具有ACQ性质的荧光材料在浓度较低时,发光强度较高;而在浓度较高的聚集态,荧光强度降低。因此ACQ发光材料只能在浓度较低时得到应用。而浓度较低探针浓度又会导致探针光稳定性降低。除此以外,大部分传统荧光材料的斯托克斯位移较小,在成像时无法避免自吸收现象。聚集诱导发光（aggregation-induced emission,AIE）材料具有和传统ACQ材料截然不同的发光现象。AIE发光材料在溶液状态下,发光十分微弱;而在聚集状态时,由于分子内运动受限,荧光强度大大增加。AIE发光材料具有卓越的光稳定性和较大的斯托克斯位移,因此AIE发光材料可以在生物检测和成像领域大显身手,解决很多传统发光材料所不能解决的问题。AIE发光材料已经在生物检测和成像上得到了诸多应用,比如细胞识别、环境追踪、诊疗一体化等。本论文以AIE荧光探针的设计合成为核心,研究了其在生物检测、细胞成像和癌症诊疗中的应用。细胞内的活性氧水平与细胞的功能和健康密切相关。正常水平的胞内活性氧水平在细胞交流和免疫调控方面都具有重要作用;而显著过量的活性氧水平却与疾病相关,比如癌症、炎症和心肌炎等。在所有种类的活性氧中,超氧阴离子是很多其他活性氧的来源。超氧阴离子可以与水反应生成过氧化氢;也可以与一氧化氮反应产生过氧化亚硝酸离子;因此对细胞内超氧阴离子的特异性检测和成像是当下的研究热点。本文设计合成了对超氧阴离子特异性响应的双通道荧光探针。探针本身由于电子供体-受体相互作用,发光是红光;当探针与超氧阴离子反应时,探针内部的电子供体-受体作用受到破坏,发光是绿光。因此当检测体系内的超氧阴离子浓度增加,探针荧光光谱对应的红光波段的荧光强度下降,绿光波段的荧光强度增加。此荧光探针不仅可以在溶液态实现对超氧阴离子的检测,在细胞成像上也取得了十分理想的结果,可用于细胞凋亡和细胞炎症的成像。癌症是威胁人类生命的重大威胁,而化学药物治疗是目前治疗癌症的一种有效的方法。为了达到良好的治疗效果,可控载药系统在化学药物治疗中得到了广泛的使用。传统的载药体系所使用的通常为纳米粒子,这些纳米粒子可对癌症独特的生理环境特异性地响应,从而释放药物。近来,诊疗于一体的载药系统成了研究热点。这种载药体系可对癌症相关的刺激特异性地响应,释放药物,并同时释放相关信号变化,同时实现疾病的诊断和治疗。本文设计合成了一种载药探针,这种载药探针由四苯基乙烯,对过氧化氢响应的基团和阿霉素构成。四苯基乙烯和阿霉素之间可发生有效的荧光共振能量转移,整个体系发红光。在细胞产生过量过氧化氢时,苯硼酸酯被氧化,引发连锁反应,通过释放出四苯基乙烯和阿霉素。此时,四苯基乙烯和阿霉素之间的荧光共振能量转移被破坏,四苯基乙烯的蓝光可被检测。这种载药探针同时实现了疾病诊断和治疗的双重功效。肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）存在于肿瘤微环境中,促进肿瘤细胞的增殖和转移,因此对TAMs的特异性识别和杀伤在肿瘤治疗领域具有十分重要的作用。目前对TAMs的治疗主要是通过化学药物完成的,而化学药物治疗所导致的细胞耐药性则会大大降低癌症治疗的效果。光动力学治疗通过光照产生活性氧来实现对细胞的杀伤,可以完美避免细胞耐药性的问题。本文设计合成了一种集诊疗于一体的荧光探针（TPE-Man）,可以实现对TAMs的特异性识别、成像和清除。TAMs在细胞膜表面过量表达甘露糖受体蛋白（CD206）,因而TPE-Man由发红光的光敏剂和甘露糖两部分组成,从而实现对TAMs的特异性识别。细胞成像、流式细胞仪分析和与抗体共染的结果证明TPE-Man的特异性识别效果与商业抗体基本无差别。负载TPE-Man的TAMs在光照中被TPE-Man所产生的活性氧杀死,达到极佳的光动力学治疗效果。RNA在传递遗传信息、响应细胞信号以及催化生化反应的方面具有十分重要的作用。细胞内的RNA水平是由胞内RNA的合成和衰退共同决定的,深入了解RNA代谢的动态过程对研究细胞功能和相关疾病的起因具有重要意义。目前RNA标记的主要方法有放射性标记、抗体标记和荧光标记,相对于前两者,荧光标记具有成本较低、检测迅速、灵敏度较高等优点。本文通过荧光和质谱结合的检测方法实现对细胞内RNA合成和衰退过程的追踪。三键修饰的腺苷（p6A）可以通过细胞代谢进入合成的RNA,使RNA带上三键。叠氮修饰的荧光分子SO3-TPE-N3,通过点击反应连接在RNA上,以此实现对新生RNA的荧光标记。通过测定荧光强度的变化和质谱定量,实现对细胞内RNA合成和衰退的实时追踪。