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目前有机/过渡金属配合物发光材料已经广泛应用于有机电致发光器件、光催化、光学探针和细胞成像等领域,为人类的发展进步做出了卓越的贡献。近年来,荧光探针和磷光探针作为新型的光学探针材料,具有响应时间短、选择性好、灵敏度高、检测限低、操作简单方便、成本低廉等优点以及在环境保护、医学诊断和生物成像等领域有着重要的实际应用价值而受到越来越多的科研工作者的重视。无论荧光探针分子、磷光探针分子都面临着一个重要的问题:聚集导致发光猝灭现象（Aggregation-Caused Quenching,ACQ）,导致探针分子在固态下或聚集状态下发光效率降低而极大地限制了探针分子的实际应用。2001年,唐本忠院士课题组发现了一个截然相反的现象:聚集诱导发光（Aggregation-Induced Emission,AIE）。AIE是指分子在良性溶剂中表现为不发光或发光微弱,而当其在固态或聚集状态时能发出较强光的现象。由于AIE现象很好地解决了ACQ存在的问题,因此具有AIE特性的光学探针在生物学,生理学,药理学和环境科学等各种领域受到广泛关注。本论文中,我们分别设计合成了荧光小分子和磷光金属铱配合物作为荧光/磷光探针应用于离子、爆炸物等检测,且成功实现了细胞内超快和长期生物成像。详细研究了它们的光物理性质、检测过程和检测机理。具体研究内容主要包括以下四个方面:1.选择合成方法简便、产率高且结构非常简单的有机小分子（Hoz）作为荧光探针用于灵敏高效选择性检测金属锌离子。在近水相溶液中发光微弱,锌离子的加入使其发光显著增强,其它金属离子对探针分子发光影响很小。并且分别通过发光强度和发光峰位实现有效区分锌离子和镉离子,解决了通常荧光探针难以解决的问题。确定了探针分子与锌离子的结合比为2:1,推测其检测机理为锌离子与探针分子的羟基和恶唑啉上的氮原子发生配位作用生成锌的配合物,从而使发光增强。该探针分子可以成功地应用于细胞内锌离子检测,表明其具有一定的实际应用价值。本工作为设计合成结构简单且能够在实际中应用的金属离子荧光探针提供了新的策略。同时,它们已经拓展到在生物领域得以应用已经并且可以在实践中使用。2.基于第一部分工作的探针分子,将其作为辅助配体,通过改变环金属配体设计合成了四种具有聚集诱导发光增强（AIEE）性质的中性金属铱配合物,详细研究其光物理特性,深入讨论AIEE机理。基于AIEE特征,我们成功将四种金属铱配合物作为磷光探针在水相溶液中检测爆炸物2,4,6-三硝基苯酚（TNP）,证明此类探针具有较高的灵敏性和选择性。TNP的加入导致探针分子在水相溶液中的聚集诱导增强磷光严重猝灭,而其它爆炸物的加入对其发光影响微弱。同时我们利用该磷光探针制备的检测试纸实现了高效灵敏检测爆炸物TNP。此探针地检测机理为:强酸性的TNP在水相中与金属铱配合物中的辅助配体发生作用,导致配合物分解,进而产生磷光猝灭,此机理目前尚未有报道。通过质谱（MS）、核磁（NMR）等方法对该机理进行了详细地讨论,证明此系列金属铱配合物中辅助配体中羟基的引入对于选择性检测TNP起着至关重要的作用。这为设计合成高效选择性检测TNP的磷光探针开辟了新思路。3.根据硼-二吡咯亚甲基（BODIPY）良好的光物理性质设计合成了一种同时具有扭曲分子内电荷转移（TICT）和AIE性质的发射红光的BODIPY衍生物。通过详细的光物理性质的研究,讨论了其TICT性质和AIE性质,并对其AIE性质的机理进行了研究。利用该化合物作为荧光探针成功实现了在水相溶液中高灵敏性和高选择性的检测氟离子。通过核磁和质谱等方法证明其检测机理为:探针分子中的杂化硼原子与氟离子之间发生了亲核取代反应,使稳定的二氟化硼桥分离导致荧光猝灭。细胞内成像实验表明该荧光探针在生物细胞内同样能够高效选择性检测氟离子。本工作为设计合成可以实际应用于生物细胞内检测氟离子的荧光探针提供了有效策略。4.基于第三部分的工作,我们设计合成了三种BODIPY衍生物,通过对它们的光物理性质的详细讨论,获得了此系列化合物能够具有AIE性质的根本性原因:在BODIPY核心上引入相对扭曲的三苯胺。利用聚合物1,2-二硬脂酰-sn-甘油基-3-磷酸乙醇胺-N-[甲氧基-（聚乙二醇）-2000](DSPE-PEG2000)对此三种具有AIE性质的化合物进行有效包覆,我们获得了三种具有良好水分散性的纳米粒子。通过测试发现三种纳米粒子仍保持非常好的光物理性质、优越的稳定性和非常低的细胞毒性。它们都能够快速的穿过细胞膜进入细胞并产生很强的红色荧光,进而成功实现了其在细胞内的超快速成像。更重要的是,在细胞培养六代后,我们仍然可以清楚地观察到来自这些纳米粒子的红色荧光信号,证明此类纳米粒子可以作为长期示踪剂来追踪癌细胞。在U14荷瘤小鼠体内位于肿瘤处的纳米粒子的荧光强度在14天后没有明显的衰减,证明此类纳米粒子在体内同样具有良好的长期追踪肿瘤细胞的能力。以上结果表明,本工作中所设计合成的BODIPY衍生物在生物成像方面具有潜在的应用价值,为今后设计合成超快速成像和长期生物成像的荧光探针提供了崭新的方向。