荧光成像技术由于操作方便以及分辨率高等优点在生物医学领域中被广泛应用。而小分子有机荧光染料在荧光成像领域具有重要地位,利用荧光染料对细胞中特定的细胞器进行实时成像以及对生物活性分子检测都属于荧光成像领域中的重要应用。近年来随着荧光染料的发展,研究者们不仅仅局限于对经典荧光染料的改造与修饰,一系列具有优秀光学性质的新型荧光染料逐渐被开发出来。而含氮杂环化合物广泛存在于自然界中,是具有生物活性的基础结构单元之一,而且原料多廉价易得。近年来将含氮杂环引入到荧光染料的构建中已初显苗头,其参与构建的荧光染料涉及荧光标记、生物活性分子检测等多个领域应用。因此,将含氮杂环引入到小分子荧光染料的构建中研究其性能是一项具有重大意义的工作。本文设计合成了几类由含氮杂环化合物参与构建的荧光染料,对其光学性质及其潜在应用进行了详细研究。具体内容如下:1、利用1,3-二甲基-1H-吡唑-5-胺与芳香醛通过一步反应合成了五种由含氮杂环化合物构建的新型荧光染料双吡唑并吡啶（BPP）衍生物3a-e,并对其光学性质进行了详细的研究。染料3a-e不但具有优秀的光稳定性（剩余吸收率＞90%）,而且染料3a,3c-e在有机溶剂（40%-84%）和水溶液（69%-89%）中均具有较高的荧光量子产率。此外,详细研究了染料3a-e在不同pH值溶液中的光学性质,通过双吡唑并吡啶衍生物分子内电子转移来解释其发射性质,并结合（TD）DFT计算进一步验证了其在酸碱溶液中的光学特性。2、利用酰胺、烷基取代酰胺、环内酰胺三种类型的酰胺化合物和经典的荧光团香豆素和尼罗红相结合,设计合成了十种具有中性结构的线粒体靶向荧光染料7a-e和8a-e。这些染料不但具有优秀的光稳定性（＞92%）,而且在有机溶剂中荧光量子产率达27%-98%。同时细胞毒性实验表明这些染料毒性较低适用于生物实验。此外激光共聚焦细胞实验表明通过酰胺化合物参与对香豆素和尼罗红的修饰使原荧光团由脂滴靶向转成了线粒体靶向,说明酰胺化合物具有潜在的线粒体靶向能力。3、基于吡啶盐和喹啉盐设计合成了能够检测水溶液中的DNA和RNA的三种近红外荧光探针13a-c。其中探针13a在溶液中对DNA和RNA呈荧光完全开启型响应,同时荧光量子产率从0分别增加至8.9%和10.8%。此外,探针13b和13c能够有效避免DNA的干扰,从而实现对RNA呈特异性响应并呈荧光完全开启型响应,其荧光量子产率从0分别增加至4.3%和1.8%。