微环境因子(包括温度、pH、活性氧氮物种等)的平衡对于生命体维持正常的生理活动、生理机能具有至关重要的作用。研究表明,在肿瘤组织或者异常的病理过程中,生命体中的微环境因子会出现失衡的情况。因此,实时精确地监控这些生物体内的微环境因子,可以加深人类对生理过程的认识,从而做到及时预防、诊断、治疗相关疾病。为实现这一目的,发光成像技术作为一种不可或缺的工具被广泛运用。它具有空间分辨率高、灵敏度高、非入侵、可实时监控、操作简单等优点。但是由于其自身的光学成像特性,它也面临着一些重要问题,如成像穿透深度相对较浅,复杂环境中存在背景荧光(生物自发荧光)干扰,成像过程中存在探针浓度不定、激光功率不稳等与分析物不相关的干扰因素。对于在成像中会存在来自于探针浓度不确定、仪器激光功率波动等问题,利用具有自校准功能的比率型检测与成像技术,可以有效避免这些问题;而对于成像中存在背景荧光干扰的问题,可以在成像中使用具有长寿命发射的探针,通过时间分辨发光成像技术将探针的长寿命发光与背景荧光区分,从而减小影响。本论文选择了具有长寿命发射且激发态性质丰富的磷光铱(Ⅲ)配合物作为发光单元,将它们引入到具有良好生物相容性的功能性聚合物中,开发一系列具有双发射性质磷光聚合物探针,实现了对包括温度、pH、活性氧氮在内的微环境因子的高信噪比检测与成像。论文的主要研究内容如下:1、温度响应型双发射磷光聚合物的构建及其在生物体内的应用研究利用磷光铱(Ⅲ)配合物激发态对环境极性的敏感性,将两种磷光铱(Ⅲ)配合物引入到对温度具有主动响应性的聚丙烯酰胺中,制备了具有双发射性质的比率型磷光聚合物温度探针P3。借助比率发光成像和时间分辨发光成像技术,成功地将这种双发射磷光聚合物温度探针应用于细胞和斑马鱼体内的温度测量。在斑马鱼体内温度传感实验中,借助时间分辨技术,有效区分来自探针P3的长寿命磷光与来自斑马鱼自身的短寿命荧光,大大地提高了成像的信噪比,首次实现了利用发光温度探针在活体内进行温度的测量。2、pH响应型双发射磷光聚合物的构建及其在生物体内的应用研究设计制备了对pH具有主动响应性的磷光铱(Ⅲ)配合物,将其与另一种对pH不响应的磷光铱(Ⅲ)配合物共同引入到水溶性的聚乙烯吡咯烷酮中,构建了能够用于生物体内pH检测的比率型探针P-pH。通过与细胞器染料的共同使用,实现了细胞器酸碱化的可视化。结合寿命成像技术,评估了药物研发中涉及的三种pH调节剂在真实斑马鱼肠道中对环境pH的调节能力。3、过氧亚硝酸根响应型双发射磷光聚合物的构建及其在生物体内的应用研究通过结构设计与优化,合成了对过氧亚硝酸根响应的磷光铱(Ⅲ)配合物,制备了具有近红外发射性质的比率型磷光过氧亚硝酸根探针P-ONOO,并将其用于小鼠病理模型的研究中。通过小鼠肝部过氧亚硝酸根的高信噪比成像,揭示了药物诱导肝损伤的发生,并首次在酮康唑(KTZ)诱导的肝损伤中,直接观测到过氧亚硝酸根水平的升高,证明了N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)只能缓解但不能治愈由KTZ诱导的肝损伤,为KTZ诱导肝损伤的机理的研究提供了新的参考。