在过去的五十年里,有机共轭聚合物纳米材料(CPNs)在有机光电器件、太阳能电池、生物化学传感器、肿瘤治疗和生物医学成像等领域取得了一系列重大进展。与有机染料小分子、荧光蛋白和无机量子点(Qdots)等传统的荧光探针相比,有机共轭聚合物点(Pdots)具有吸收截面大、发射速率快、荧光亮度高、生物相容性好、发射波长可调等优势。凭借优异的光物理性质和良好的生物相容性,有机共轭聚合物点叩开了生命科学的大门。从上世纪90年代诞生以来,超分辨成像技术见证了生命科学领域的飞速发展。超分辨成像技术可以克服光学衍射极限(~250 nm),并且前所未有地提供了观察亚细胞结构及其动态过程的微观视角。超分辨成像技术不断发展壮大,其主要包括受激发射损耗显微术(STED)、结构光照明显微术(SIM)、光活化定位显微术(PALM)、超分辨光学涨落成像(SOFI)和随机光学重构显微术(STORM)等。在诸多超分辨显微成像技术中,荧光探针在不同状态之间的ON-OFF转换至关重要。因此,探针分子的荧光亮度,抗光漂白能力和荧光涨落强度都是极为重要的参数指标。为了获得更高的时间分辨率和空间分辨率,开发物理尺寸小、荧光亮度高、抗光漂白能力强、闪烁特性可调控的聚合物点具有重要的研究意义。因此我们的工作旨在开发光学特性优异的荧光探针。本篇论文的主要研究内容如下:鉴于单粒子荧光亮度和光稳定性是聚合物点作为超分辨成像荧光探针必先考虑的关键参数。我们首先研究了通过染料分子掺杂的方式增强聚合物点抗光漂白能力的物理机制。我们发现荧光共振能量转移(F?rster resonance energy transfer,FRET)作为一种有用的策略,可以增强荧光纳米粒子的光稳定性。有机染料分子作为FRET受体掺杂到半导体聚合物点中,明显抑制了其在单粒子成像中的快速光漂白过程。对于直径20 nm的聚合物点,光漂白百分比从染料分子掺杂前的71.8%下降到47.2%,光稳定性显著提升而且单粒子亮度保持不变。这项研究表明,FRET机制是一个简单有效调控聚合物点单粒子亮度和光稳定性的方法。综合考虑单粒子亮度和光稳定性,直径20 nm的染料掺杂聚合物点最适合应用于长期的单粒子示踪成像和超分辨成像。我们采用蒙特卡罗数值模拟的方法研究了影响聚合物纳米粒子闪烁特性的因素,优化了适合高阶SOFI纳米成像的光学参数。通过模拟确定了能量传递存在的情况下体系内生色团数目和有效发光中心数目的关系。随着有效发光中心数目的增多,荧光探针的亮态几率呈现逐渐上升的趋势(从0.1到~0.8)。我们也模拟了不同亮态几率的荧光探针对高阶随机光学涨落成像中空间分辨率的影响。模拟发现当荧光探针的亮态几率在~0.4时,高阶超分辨光学涨落成像具有最佳的空间分辨率。我们利用铃木反应设计合成了具有不同给体-受体比例结构的聚合物PF5BT、PF10BT、PF20BT和PF50BT。通过采用自相关函数、亮态几率、幂律分布和点保留率等参数指标定量表征了不同给体-受体比例荧光探针的闪烁特性。通过对聚合物链上给体-受体基元结构比例的有效调节,我们设计出了荧光闪烁特性最佳的PF10BT聚合物点,在单粒子水平上满足了高阶SOFI纳米成像的需求。我们采用链霉亲和素修饰的PF10BT聚合物点,实现了对HeLa细胞微管结构的特异性标记。高阶SOFI纳米成像以95 nm的水平分辨率清晰地呈现了细胞微管结构的细节信息。与衍射限制的宽场图像相比,空间分辨率提高了四倍之多。我们利用了碘代二芳基乙烯的光致变色效应,将其共价偶联于聚合物主链上,设计合成了一种开关可控的有机半导体共轭聚合物DTE-PFBT。DTE-PFBT聚合物点在紫外光刺激下进入荧光暗态,形成闭环体c-DTE-PFBT。在可见光的刺激下继而恢复荧光亮态,形成开环体o-DTE-PFBT。通过光谱定量分析,我们发现在不同波长激光的循环刺激下DTE-PFBT聚合物点的光开关行为响应速度灵敏,而且具有优异的抗疲劳特性。DTE-PFBT聚合物点的单粒子闪烁曲线具有极高的速率比(>10),证明其可用于随机光学重构超分辨成像。在单粒子水平上,随机光学重构超分辨成像的空间分辨率达到了32.1 nm。本文首次将DTE-PFBT聚合物点应用于BSC-1细胞内微管结构的随机光学重构超分辨成像,获得了~40 nm的空间分辨率。