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基于有机荧光染料的生物标记和分子荧光探针具有操作简便、重现性好等优点,可方便用于实现生物分子的原位、实时无损伤检测以及生物分子及其生物过程的追踪。然而,大多数荧光染料（如荧光素、罗丹明、噁嗪和花菁素）的Stokes位移都非常小（一般<30 nm）,导致激发光谱和发射光谱之间的严重串扰,造成成像时信噪比低和严重的荧光自猝灭现象,限制了其在生物成像中的应用。与之相比,大斯托克斯位移荧光染料的激发和荧光发射光谱能够很好的分离,能有效消除染料自吸收导致的荧光自猝灭,从而显著改善生物成像应用中的信噪比。因此在细胞、组织及动物活体成像应用方面备受青睐。本论文针对罗丹明类荧光染料和探针Stokes位移小的问题,通过合理设计发展了系列具有大Stokes位移的罗丹明类荧光染料类似物,并在此基础上构建了具有大Stokes位移的汞离子和过氧化亚硝酰阴离子的荧光探针,主要工作如下:（1）我们将罗丹明和甲基吩噻嗪类染料相结合,发展了系列氧杂蒽和吩噻嗪共轭的具有“开-关”环结构的新型荧光染料。与传统罗丹明染料相比,这些染料的发射光谱显著红移,其吸收波长大于570 nm,发射波长大于730 nm,都具有很大的Stokes位移（>130 nm）。其中,染料PZ-R6G具有与常规激光共聚焦显微镜比较匹配的激发波长（在乙腈溶液中为575 nm）、大的Stokes位移（在乙腈溶液中为159 nm）和合适的荧光量子产率（在乙腈溶液中为9%）,适合生物成像应用。（2）筛选出的荧光染料PZ-R6G具有与罗丹明染料类似的结构特点,可以利用螺环的“关-开”设计具有大Stokes位移的近红外荧光探针。我们通过将PZ-R6G与劳森试剂进行反应,合成了含硫代螺环内酯的近红外荧光探针PZS-R6G。该探针在汞离子存在下荧光显著增强,其它共存分析物不影响其荧光性能,具有很好的选择性。光谱实验结果表明,PZS-R6G的荧光强度与Hg2+在1到20μM内具有很好的线性关系,检测限为0.21μM。该探针也成功应用于细胞和斑马鱼体内汞离子的成像研究。（3）上述染料虽然解决了罗丹明类荧光染料Stokes位移小的问题,但其荧光量子产率低,并不是生物成像应用理想的荧光染料。针对上述问题,本章我们将荧光素类染料与还原二氮杂蒽结构进行融合,发展了具有大Stokes位移（110 nm）、适当荧光量子产率（在乙醇中为0.31）和具有光学性能可调的羟基基团的新型荧光染料DQF-560。我们进一步利用DQF-560构建了具有大Stokes位移的过氧化亚硝酰阴离子近红外荧光探针。该探针与过氧化亚硝酰阴离子选择性后响应荧光增强,也能用于细胞内过氧化亚硝酰阴离子的成像。