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诊断与治疗是抗击癌症的重要组成部分,线粒体靶向离域亲脂性阳离子（delocalized lipophilic cation,DLC）药物5BMF对癌细胞具有良好的选择性和细胞毒性,自身因为离域共轭的存在具有荧光效应,可作为荧光成像信号分子,是一种集靶向-治疗-成像于一体的多功能抗肿瘤诊疗剂。然而其本身具有较强的疏水性,水中溶解度较低,限制了活体应用后的生物利用度。共价修饰亲水性基团可提高DLC溶解度,但是降低了生物膜穿透性,也复杂化了制备过程,不利于规模化生产和临床推广,因此需要一种简单快捷的体内递送载体。人血清白蛋白（human serum albumin,HSA）作为内源性蛋白质,水溶性好,小分子输送能力强,是5BMF理想的体内递送载具。但是DLC分子的荧光光谱通常局限于可见光波段,产生的光信号生物组织穿透力有限,活体荧光成像效果不佳,而近红外二区（near infrared II,NIR-II）荧光成像作为近年新兴的光学成像手段,具有信号穿透性好、成像对比度/分辨率高等优点。NIR-II小分子染料（small molecular dyes,SMDs）体内清除快,生物相容性好,临床应用潜力大,但是现有的SMDs分子数量有限,荧光光谱调节手段单一,步骤繁琐,难以支撑医学成像的多样化应用场景,需要一种简捷有效的新型调控手段,为NIR-II小分子的推广奠定基础。为解决上述问题,本文主要进行了以下几方面的工作:第一部分,使用非共价结合的方式将5BMF分子装载至HSA蛋白以提高DLC小分子的水溶性,溶解度从游离状态的1.61 mg/m L提升至复合物的5.41 mg/m L。荧光光谱测试表明HSA将5BMF自身的荧光强度提高了2倍以上。荧光滴定实验表明5BMF与HSA结合后的摩尔比为1:1。计算机模拟对接实验中发现静电作用和相似相溶作用是5BMF@HSA复合物形成的主要驱动力,疏水性的结合位点有效隔绝了水分子和其他5BMF分子,导致了荧光强度增强。此外,该复合物在不同p H环境中表现出了选择性释放行为,在偏酸性环境中（p H=5.3）释放的5BMF分子是中性或者弱碱性环境中释放量的10倍左右。第二部分,测试了5BMF@HSA的细胞成像效果和细胞定位、细胞毒性以及活体肿瘤生长抑制能力等。细胞荧光显微成像结果表明HSA的引入改变了5BMF在细胞内的分布,不仅如游离5BMF般占据了线粒体,还出现在溶酶体中,提升了5BMF的细胞摄取率。同时细胞内的荧光强度也提升了1.5倍左右。5BMF@HSA对肿瘤细胞的半数抑制浓度(IC50)低至0.55±0.03μM,只有对正常细胞IC50值的1/23左右,展现了较高的肿瘤细胞选择性。活体荷瘤鼠模型肿瘤治疗研究中5BMF@HSA有效的抑制了肿瘤生长,效果也优于单独5BMF治疗组。表明该复合物即可用于细胞荧光显微成像,又有较高的抗肿瘤活性,具备作为抗肿瘤诊疗剂的潜力。但是因为5BMF荧光信号较弱的组织穿透性,体内成像应用前景有限。第三部分,设计并制备了一系列NIR-II有机小分子,分别为FFB,FTB和FSB,以验证单原子替代调节NIR-II小分子荧光发射波长的可行性。该策略最大程度的避免了对原有合成过程的调整,适用于大部分现有NIR-II小分子结构,亦可用于指导新型NIR-II染料的设计与合成。FFB,FTB和FSB分子结构仅有供体结构单元的杂原子不同,分别为氧、硫和硒。荧光光谱测试中三者的荧光发射峰峰值分别为991 nm、958 nm和1033nm,证实了新提出的NIR-II小分子荧光光谱调节策略的可行性。三者的量子产率分别为0.70%,0.79%和0.55%。计算机辅助密度函理论计算表明发射波长的改变是电子供体杂原子电负性和分子空间扭曲程度共同作用的结果,更弱的供体杂原子电负性和更平坦的空间构型均可促使发射光谱红移,对将来的NIR-II分子设计具有指导意义。第四部分,系统的研究了新设计NIR-II小分子在荧光成像中的应用,并依据分子对接模拟分析以及第二章的实验结果,引入了HSA以改善FFBA,FTBA和FSBA（A表示含羧酸基团）水中溶解度和荧光强度。小分子@HSA复合物制备的条件实验表明小分子与HSA最佳的摩尔比为2:1,加热温度为50oC,此时FFBA,FTBA和FSBA的荧光增强倍数分别高达41.6倍、55.4倍和60.5倍。活体全身血管成像实验中发现1150LP滤镜更适合上述三种NIR-II复合物,其中FFBA@HSA的成像效果最佳,在随后的肿瘤血管成像中清晰的指示了新生血管,并在淋巴成像中取得了较高的信噪比和空间分辨率,分别为6.4和400μm。该复合物具有良好的稳定性,荧光信号可持续至少24 h,表明了该复合物是一种性能良好的NIR-II成像探针。第五部分,在FFBA的基础上共价引入PEG链,即可改善NIR-II小分子的水溶性,又可实现肿瘤的靶向聚集。体外实验表明所得到的新结构FFBA-PEG具有较好的光学和光热稳定性,光热转换系数高达31.17%,高于多个已报导的小分子光热试剂。体内NIR-II成像实验则清晰的展现了肿瘤边界,并协助手术人员发现了肉眼难以识别的小型次级转移病灶。静脉注射FFBA-PEG后动物模型的肿瘤区域在激光照射下可快速升温至50oC以上,10 min的光热治疗极大的削弱了肿瘤组织的代谢能力。这些工作展示了一个可以整合高对比度NIR-II成像、手术导航以及高光热转换效率光热治疗的肿瘤诊疗一体化平台。