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利用近2倍于样品的线性吸收波长的强光源激发样品，可使其通过一个虚中间态直接吸收两个光子跃迁到较高激发态，该过程称为双光子吸收。分子通过双光子吸收到达激发态并产生荧光的过程称为双光子诱导荧光。双光子吸收过程是三阶非线性光学过程，具有很强的穿透性和较好的空间选择特性。目前双光子吸收材料和双光子泵浦荧光上转换材料在光限辐、三维信息存储、光动力学治疗、生物体三维成像、双光子上转换激光、双光子荧光显微技术、三维光刻等方面得到了广泛的应用和研究。设计并合成具有较大双光子吸收截面和较高频率上转换荧光效率的新型化合物，已成为当前国际上光子材料研究中的一个热点问题。
通过改变给电子基团的空间构型，我们合成了一种具有较大双光子吸收截面的有机分子--2-(5-久洛尼啶)-亚乙烯基-N-甲基吡啶碘盐(JVPI)。与4-[4-(N，N-二苯基)-苯乙烯基]-N-甲基吡啶碘盐(DPASPI)分子不同，JVPI的给电子基团是被两个六元环固定到苯环上，在一定程度上减弱了C-N单键的转动对吡啶盐分子荧光的影响。DPASPI在最大吸收波长788nm处，截面值仅为442.4×10-50 cm4·s·photon-1，而JVPI在最大吸收波长848nm处截面值达到了1272.4×10-5cm4·s·plioton-1。JVPI在最大吸收波长处的双光子吸收截面增大了近2倍。实验结果表明，我们对吡啶盐分子给电子基团的空间结构的修饰，可大大提高其双光子吸收性能。
在很多应用领域要求分子不仅具有较大的双光子吸收截面和高效的双光子泵浦频率上转换荧光，同时还需具有其他辅助特性，如良好的水溶性、无生物毒性和抗漂白性等特点。我们通过反相微乳液法制备了包裹有4-(9-乙基-9H-咔唑-3-苯亚乙烯基)-N-甲基吡啶碘盐(CSPI)的纳米二氧化硅微球(CSPI-Ss)。通过研究它们的单光子吸收光谱，发现它们存在相类似的溶剂效应，这说明溶剂能部分渗透到二氧纳米粒子的内部并影响包埋的染料分子的基态和激发态。比较CSPI与CSPI-Ss的单光子和双光子荧光光谱可以发现，染料被包裹后荧光发射能力大大增强了。这可能是由于染料分子嵌入了二氧化硅的网链结构中，分子的扭曲、转动、振动受到了限制，导致其非辐射跃迁几率降低。我们利用两种染料对细胞进行单光子和双光子荧光成像，均成像比较清晰，而CSPI-Ss由于具有更强的单光子和双光子荧光发射能力、良好的水分散性、无生物毒性以及更成熟方便的可修饰性，使其在生物科学领域具有更广阔的潜在应用前景。