光功能配合物材料具有可设计性强、稳定性高、发光波段可调、光物理性质优异等优势,在信息、能源和生命科学等领域中扮演着重要的角色,备受科研人员的青睐。咔唑作为一种典型的长寿命蓝光发射材料,通过进一步修饰,可构建一类具有平面性好、电子离域度高、发光寿命长等特点的有机配体。本文以咔唑基三联吡啶衍生物为配体,以Zn,Eu,Gd和Yb为中心,设计合成了 一系列配合物,系统研究了光物理性质,探索了其在细胞成像领域的潜在应用。1、-Br/-Ⅰ修饰的咔唑基三联吡啶Zn（Ⅱ）配合物的设计合成、光物理性质及细胞成像以光学性能优异的咔唑基三联吡啶（Kt1～3）作为配体,通过卤素（-Br,-Ⅰ）对配体进一步修饰,选用生命元素Zn（Ⅱ）作为金属中心,合成了系列锌配合物（ZnKt1～3-PF6-,ZnKt1～3-NO3-）。与PF6-相比,NO3-作为对阴离子的配合物表现出更好的溶解性。紫外-可见吸收光谱结合DFT理论计算,讨论了配合物的电荷跃迁机理。光物理测试结果表明:ZnKt1～3-PF6-,ZnKt1～3-NO3-均具有良好的单光子荧光发射,延迟荧光发射及聚集诱导效应,卤素的引入优化了配合物的延迟荧光性质;系列配合物在～780 nm,～1300 nm处具有较大的有效双/三光子吸收截面。细胞共定位与荧光寿命成像结果显示:配合物ZnKt1～3-NO3-对溶酶体具有特异性靶向,在不同生命时期的溶酶体内表现出不同的荧光寿命成像结果。2、溶酶体靶向β-双酮/咔唑基三联吡啶Eu（Ⅲ）配合物的设计合成及光物理性质以咔唑基三联吡啶（Kt1～3）,噻吩β-双酮（HTTA）作为配体,选用配位能力强,单色性好的Eu（Ⅲ）作为金属中心,合成了三种铕配合物（Eu-Kt1～3）,通过现代分析测试技术对目标分子进行了全面表征。研究了卤素引入后,配合物线性和非线性光物理性质的变化。配合物Eu-Kt1～3具有较大的Stokes位移,在590～620 nm处出现了铕的特征发射带,且随着温度的降低,三联吡啶配体与Eu（Ⅲ）之间的能量传递效率不断提高;在近红外区域波长的激发下,铕配合物表现出良好的多光子吸收性质。细胞毒性测试与共聚焦显影实验表明三种铕配合物具有良好的生物相容性与较低细胞毒性,经细胞有效摄取后能够特异性地靶向溶酶体,皮尔森系数高达0.91。3、具有光动力学活性的Gd（Ⅲ）配合物的设计合成及多光子性质研究在第三章β-双酮/咔唑基三联吡啶Eu（Ⅲ）配合物的基础上,以顺磁性元素Gd（Ⅲ）为中心,合成一系列钆配合物（Gd-Kt1～3）。系统的研究了三种配合物光物理性质及光动力学活性。发现卤素原子的引入进一步优化了配合物的多光子吸收性质;利用DCFH-DA、ABDA检测发现配合物Gd-Kt2～3能够有效的产生单线态氧,并通过ESR自旋电子光谱验证了单线态氧的存在。MTT测试与细胞共聚焦显影发现配合物Gd-Kt3具有较高光毒性,光照条件下能够在细胞内产生1O2,促使癌细胞凋亡,具有良好的光动力学治疗效果。4、噻吩β-双酮/咔唑基三联吡啶Yb（Ⅲ）配合物的设计合成及多光子吸收基于上述工作,以金属Yb（Ⅲ）作为中心,以Kt1～3,HTTA作为配体,合成三种镱配合物（Yb-Kt1～3）。通过对Yb-Kt1～3非线性光学吸收效应研究发现:三种配合物都具有良好的多光子吸收活性。闭孔Z扫描技术测试表明:三种配合物具有较大的三阶非线性光学极化率χ（3）,且卤素的引入,使得配合物具有更好的电子离域,分子表现出更优异的非线性光学活性。