荧光生物成像由于其高灵敏度、良好的时空分辨率、无创性、快速和实时响应性以及轻便的可获得性,被认为是生物研究中不可或缺的技术。其中,荧光探针因其特异性强、灵敏度高、响应快、技术简单等优点,在荧光成像技术中起着关键作用。聚集诱导发光(aggregation-induced emission,AIE)分子表现出独特的现象,即分子溶解于溶液中时不发光或发光很弱,但在聚集/团簇态条件下具有高效发光特性。基于此,具有AIE的特性的荧光探针常常表现出在自发聚集或与分析物结合条件下荧光开启特性,具有高灵敏度和优异的信噪比。因此,基于AIE这种独特光学特性的荧光探针在荧光生物成像方面展现出极大的应用潜力。然而由于大部分的的荧光探针都是有机分子,不具有良好的生物相容性,在水中容易发生聚集,不利于检测和成像研究,而同时具有较高的特异性靶向能力或响应能力的探针更是稀少。本论文基于AIE材料,设计合成了一系列具有特异性靶向和响应的聚集诱导发光性质的荧光探针,并利用它们进行生物成像和传感研究。具体如下:1.利用9,10-二苯乙烯基蒽作为发光主体,通过与可以靶向磷脂酰肌醇蛋白聚糖-3(GPC-3)的多肽L5偶联,合成了荧光探针分子DSA-L5。研究表明:DSA-L5具有典型的AIE特性,且在400 nm处显示出最强吸收峰位,在550 nm处具有最强的发射峰位。分子的发光具有较大的stork位移,有利于生物成像的研究,同时探针还具有较高荧光效率。分子在通过引入季铵盐和连接的水溶性多肽可以有效改善探针的生物相容性。而细胞实验表明,探针能够特异性识过表达GPC-3蛋白的肝癌细胞并且标记在细胞膜表面;同时在对于低表达GPC-3蛋白的其它癌症细胞和正常细胞成像时,显示出低的荧光信号,说明探针能够有效的针对过表达GPC-3蛋白的肝癌细胞进行检测成像。探针的高特异性靶向能力和生物相容性展现了在肝癌检测中巨大潜力。2.以四苯基乙烯为核,合成出一种新型有机荧光染料TPE-2Indo。TPE-2Indo显示出典型的AIE特性,在420 nm处具有最强的吸收,发射最高峰处于560 nm。分子设计中通过在四苯基乙烯的衍生物上连接水溶性的吲哚基团,增加了其在水相中的溶解能力。而基于吲哚类基团对pH具有响应的能力,我们研究了分子在不同pH的光物理性质以及不同pH下的形貌变化。实验结果显示:分子在不同pH环境中吸收和发射都会发生强烈的变化,而且分子响应的pH范围可以覆盖4-10,显示出探针在pH物质检测响应方面的应用价值。