花菁染料因光学性质优异,例如高摩尔消光系数、较长的发射波长和良好的生物相容性,从而激起相关科研工作者科研热情。但是,传统花菁染料的光稳定性低,易聚集,且斯托克斯位移（Stokes shift）过于狭窄（小于30 nm）,使其在荧光成像中的应用受到限制。因此,探索用于开发具有优良光学性质和较宽斯托克斯位移的长波长（大于650 nm）花菁染料的新策略对于生物成像应用具有重要意义。本论文主要针对以上不足,对花菁骨架进行修饰得到一系列具有长波长发射（大于650 nm）和较大斯托克斯位移（大于30 nm）的荧光染料。同时,在不额外引入靶向性基团的前提下,实现细胞器（溶酶体或线粒体）靶向荧光标记。主要工作内容如下:（1）通过在多甲川链上引入酚羟基和调节末端氮杂环,提高光稳定性的同时,改变花菁的分子内电荷转移（ICT）性质的策略,利用Knoevenagel反应得到了具有大斯托克斯位移和长荧光发射波长的新型醌菁染料Qcy-d T1,Qcy-d Q,Qcy-d T2和Qcy-d I。四种染料最大发射波长分别为位于688 nm、678 nm、731nm和725 nm,处于近红外区。其斯托克斯位移均大于140 nm,可有效降低背景干扰。通过对其成像性质进行研究,Qcy-d T1,Qcy-d Q和Qcy-d T2三种染料具有低细胞毒性、良好细胞膜透性,并且可实现线粒体、溶酶体靶向。（2）利用染料Qcy-d T1和Qcy-d Q带有双正电荷和近乎平面的芳香体系结构特点,系统研究了Qcy-d T1和Qcy-d Q与ct DNA的相互作用。两种染料对ct DNA具有高选择性、高灵敏性（LOD=4.06 n M、6.09 n M）、快速检测等特点。通过热变性、粘度和磷酸盐实验系统讨论了染料Qcy-d T1和Qcy-d Q与ct DNA的相互在作用机理为静电和嵌插结合。两种染料均可实现线粒体内DNA的特异性检测。（3）染料Qcy-d T2和Qcy-d I结构含有酚羟基,并且自身可形成螺吡喃结构。因此,利用酚羟基与酚盐之间的结构互变从而改变荧光信号,系统研究两种染料作为p H荧光探针的应用。通过紫外、荧光光谱系统研究表明,两种染料对p H敏感,其他相关物质不影响对p H的检测,具有良好可逆性。探针Qcy-d T2已被应用于活体细胞内溶酶体p H值变化的可视化监测。探针Qcy-d I可比率检测水溶液中的p H,并成功制备了p H试纸并准确测量了p H值。