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近年来,随着生物成像技术的不断发展,荧光染料越来越多地应用在细胞标记及成像、蛋白质分析、DNA测序、医学诊断、生物传感等研究领域。现代生物荧光成像技术对荧光染料的要求也越来越高。由于紫外激发光的穿透性和光损伤问题,要求荧光染料具有较长的(可见光)激发和发射波长、高的荧光量子产率和光稳定性；同时,应用于活体或活细胞的荧光成像时染料还要有尽可能低的细胞毒性。而现有的商品化荧光染料多被国外垄断,因此开发拥有自主知识产权性能优异的用于生物成像的荧光染料具有重要的现实意义。本论文在研究过程中发现,氮取代蒽吡啶酮类染料具有良好的光谱性能：吸收发射波长长(λex/λem:～530/570nm), Stokes位移大(～40nm)、多波长激发(365、488、514、543nm)、光稳定性好(比商品化染料罗丹明B高～10%)和细胞毒性低(10μM培养12h,细胞存活率>80%)；将其用于细胞的荧光成像,这类染料具有活细胞膜通透性。通过与商品化的染料复染对比,表明它们能够分别对细胞核、高尔基体、核仁和溶酶体荧光染色。取代基类型影响蒽吡啶酮染料对不同的细胞器的特异性染色作用,末端氨基取代的i-6,i-7能够对活细胞核仁和溶酶体染色；乙基取代的Ⅱ-A能够对活细胞的高尔基体特异性染色；N,N-二-甲基氨基取代的Ⅱ-C能够对细胞核染色。使用QSAR模型预测、验证Ⅱ-C对细胞的染色位置,为设计新型细胞器特异性染料提供了参考。有机荧光染料结构简单,应用方便,但是简单的结构必然导致功能单一。荧光微球可以集成更多的功能形成功能器件来满足研究人员的复杂要求。但通过传统方法制备的荧光纳米球,荧光物质通常会产生泄漏,导致背景荧光干扰。为了解决包覆法和吸附法制备荧光纳米微球存在的染料泄漏问题,本论文将可聚合官能团引入到染料结构中,设计合成了长波长(λex/λem:～530/570nm)的可聚合荧光染料。染料经自由基引发后可发生聚合反应,反应过程中染料母体结构没有发生变化。使用非离子表面活性剂Triton X-100(非离子表面活性剂与有机染料相容性好)乳化,氧化还原低温(NaHSO3/KPS,40℃)自由基引发乳液共聚制备荧光聚合物微球,染料分子通过共价键的方式连接在高分子链上,这种牢固的连接方式阻止了染料的泄漏。癌症的早期诊断对癌症的治疗非常关键。本论文制备了叶酸标记的荧光微球用于叶酸受体过度表达的癌细胞的荧光成像。先制得含苄氯基团的荧光纳米粒子,经PEI(聚乙烯亚胺,MW=25000)接枝后,通过酰化反应将叶酸分子标记在粒子表面。经叶酸修饰的荧光微球在实验条件下没有细胞毒性。细胞摄取实验结果表明,叶酸受体高表达的HeLa细胞株比低表达的MCF-7、COS-7和HepG2细胞株对该粒子具有更强的内吞摄取能力(HeLa比HepG2高约4倍)；同时细胞对较小粒径粒子(平均粒径22nm)的摄取能力大于大粒径(平均粒径150nm)的。制备的叶酸标记荧光微球在癌症的早期诊断和靶向治疗方面具有潜在的应用前景。