随着科学技术的发展,实时监测生命体系中生物分子及其生物过程具有重要的科学意义。荧光成像具有高灵敏度、专一的选择性、高的时空分辨率等优点已经成为最重要的检测手段之一。而其中近红外荧光探针具有光毒性小、组织穿透能力强和自体荧光干扰小等优点,使其能更好地应用到活细胞、生物组织和动物成像中。因此,设计并合成性能优良的近红外荧光探针一直是研究的热点。然而,相比于可见光区域的荧光染料,传统的近红外染料缺少光学调控基团,很难通过经典的荧光传感机理来调控荧光性能,导致利用这些染料发展的探针存在背景荧光强、信噪比低等缺点。所以,设计并合成出可以调控荧光性能的近红外荧光染料具有非常重要的科学意义和实用价值。本论文的第二章运用简单的方法,合成了一系列光学可控的苯并吡喃-花菁类近红外荧光染料。通过对其结构的修饰和官能团的转变,初步探讨了结构与性质之间的关系。相比于传统的近红外染料,新的杂化染料具有以下优点:(1)适当的斯托克斯位移(31-85 nm)以及较好荧光量子产率(0.02-0.41),并且可以通过基团的转变来调控荧光量子产率和波长;(2)在生理条件长时间的孵育下,其荧光团仍保持稳定;(3)染料的最大吸收波长范围与常见的活体成像系统中激发光源波长相匹配,从而确保了成像的激发/发射达到最佳效率;(4)最主要的是杂化染料分子结构上存在多个反应位点,易被设计成多种近红外荧光探针。第三章在合成苯并吡喃-花菁类杂化染料的基础上,基于羟基基团的离解性能设计合成了近红外比率型的pH荧光探针。详细的研究了探针结构中吲哚部分和环大小的变化与pH响应之间的关系,并筛选出比率效果最佳的CC33,并成功的将其应用于活体成像中。第四章中基于螺酰胺环的“关-开”所控制荧光的“关-开”的特点,根据Hg2+可以将内酰氨基硫脲类化合物转化为1,3,4-噁二唑类化合物,设计合成了近红外汞离子荧光探针CC35,并成功的将其应用于小老鼠活体成像中。总之,本论文致力于从分子结构创新入手,设计合成了一系列苯并吡喃-花菁类杂化染料,来解决近红外荧光染料在构建荧光成像探针中出现的一些瓶颈问题,并用其发展了 pH和Hg2+荧光成像探针。