由于荧光探针能够简便、快速并且可选择性地对被分析物进行实时、原位分析检测,因此,荧光探针在各种化学分析检测方法中具有独特的优势。近些年来,人们基于各种染料的光物理性质开发了很多类型的荧光探针,其中有些用于与生物目标分子相互作用,从而可以在分子水平上对各种生物学现象进行探索。荧光成像已经成为一种强大的成像技术,可以在高时间和空间分辨率下监测生理体系内的各种生理现象。将荧光探针与成像技术相结合开发的荧光成像探针,已经成为可视化监测生命体内各种生理进程不可或缺的工具。但是对于已经开发的大多数荧光探针而言,由于发射波长一般位于可见光区,导致在生物成像应用时会对生物样品造成损伤,组织穿透性也较差,且易于受到来自生理基质的自吸收和自发荧光干扰。所以,开发具有优异性质的荧光成像探针成为了分析检测工作者的一项具有重要意义的任务。本论文基于经典的罗丹明染料,构建出新型罗丹明类似物荧光染料。该类新染料不仅可以保留罗丹明摩尔吸光系数高,稳定性好等优点,而且可以使荧光发射达到远红至近红外区域。我们进一步在新型染料的基础上开发靶向荧光探针,并考察了它们在生物成像方面的实际应用能力。可将论文的主要研究工作进行以下概括:1.在第二章中,我们通过保留刚性分子结构,扩展罗丹明的π共轭体系,开发出一系列新型近红外荧光染料HN1-7,其中HN7的摩尔吸光系数达到137 300 M^-1cm^-1,斯托克斯位移高达73 nm,荧光量子产率也很高（在乙醇中高达0.72）。优异的光物理性能使HN7在生物成像应用时具有比传统的罗丹明和Cy5染料有着更高的对比度和亮度,空间分辨率明显改善,组织成像深度也令人满意。同时,HN7染料可以沿用罗丹明内酰胺螺环检测平台,用于构建新型近红外荧光探针。在此,我们构建了基于HN7的螺环衍生物荧光探针HN7-S,该新探针对Hg²⁺的检测具有高灵敏度和高选择性,并成功将其应用于活细胞,组织和小鼠中Hg²⁺成像。证明了新型染料HN7在生物成像应用方面具有很大潜力。2.在第三章中,结合我们的前期工作,以长波长发射的双光子染料HN2作为荧光分子,以硫代酰胺螺环结构作为识别官能团,我们构建了一个新型的长波长发射的双光子荧光探针HN2-TP用于HOCl的检测。该探针对HOCl的检测有着诸多优点,如高选择性、高灵敏度、快速响应等等。由于探针可以利用近红外的双光子激光光源作为激发光,并发射出长波长的荧光信号,能够很好地避免生理基质内的自发荧光干扰和自吸收影响。因此,新探针被用于细胞中外源性和药物诱导的内源性HOCl的成像检测,同时,探针也应用于组织深度成像观测,均获得了令人满意的实验结果。我们的实验结果表明,基于该类长波长发射的双光子染料有着潜在的生物成像应用潜力。