在生物研究领域里,荧光成像已经成为一种非常重要的技术手段应用于生物检测和生理过程的跟踪研究。近年来,荧光成像技术因为其灵敏度高,专一性好,操作简单方便等优点发展越来越快。随着科技的发展,荧光探针已经应用于各种离子、生物小分子、环境的酸碱度、粘度的检测等领域。罗丹明因为其优越的光稳定性和光物理性能,而且具有很高的荧光量子产率,因此常被用作荧光平台,通过对其结构的修饰作使其成为荧光探针。另一方面,虽然罗丹明的荧光性能非常优越,但是它的光谱范围大都在可见光范围内,这对它在生物活体中的应用有了一定的限制。因此通过对罗丹明结构进行修饰改进,改变其光物理性能,增大其发射波长范围,这对于其在生物领域的应用非常重要。本文通过对罗丹明结构进行修饰,设计合成出了一系列罗丹明类近红外、双光子类荧光探针,并且用于各种生物小分子的检测。在第二章中,主要介绍了基于罗丹明类染料CSCN的近红外荧光探针CSCN-Cu对于Cu²⁺的检测。虽然已经有很多关于Cu²⁺的近红外荧光探针的报道,但是这些探针与Cu²⁺响应后,其荧光强度增强只有10-20倍左右。对于探针CSCN-Cu来说,当与Cu²⁺作用后,荧光强度增强超过40倍,并且探针对Cu²⁺具有很好的选择性。探针CSCN-Cu不但对溶液中的Cu²⁺有响应,并且还应用到细胞检测。在第三章中,主要介绍了用于检测碱性环境中H₂O₂的近红外荧光探针CSBOH,并且探针CSBOH是在罗丹明类染料CSOH的基础上开发研究的。H₂O₂是一种非常重要的活性氧物质（ROS）,在人体的生理过程中有非常重要的作用。人体是一个弱碱的环境,在碱性环境中,H₂O₂的活性相对较高,并且一些组织中的pH值为8.0左右,因此在碱性条件下对H₂O₂的检测也是非常重要的。探针CSBOH就是第一个在碱性环境下对H₂O₂进行检测的比率型近红外荧光探针。当H₂O₂加入到探针溶液中后,在碱性条件下,分别用560 nm和670 nm激发时,CSBOH在650 nm和720 nm处展示了不同的光谱变化。并且探针CSBOH不但可以对细胞外源的H₂O₂进行识别响应,而且对细胞内源产生的H₂O₂也可以识别响应。在进行的生物活体实验证明,探针CSBOH还可以应用于生物活体中的H₂O₂检测。在第四章中,我们设计及合成了一种新型双光子苯硫酚荧光探针FR-TP。苯硫酚是一种对人体有高毒性的化合物,被广泛应用于有机合成领域里。探针FR-TP对苯硫酚拥有高选择性,快速响应性,较高的敏感性。在溶液中对苯硫酚检测时,探针可以在100s内对苯硫酚响应,并且探针FR-TP对苯硫酚的检测下限为0.363μM。重要的是,探针FR-TP对活体细胞具有低毒性,而且在单光子和双光子模式下可以对细胞内的苯硫酚进行可视化成像。此外,探针还可以检测组织中的苯硫酚,在双光子模式下对吸入苯硫酚中毒的动物模型进行苯硫酚检测。最重要的是,这是第一个发射在红光区域的双光子苯硫酚探针,并且可以用来检测生物苯硫酚吸入性中毒。