有机发光材料凭借结构易修饰、颜色可调,成本低等优势,受到了科学家们的广泛关注,被应用于光电子器件、生物成像、界面可视化等多个领域。在生物成像领域,由于生物组织的自发光与光散射,成像对比度以及穿透深度受到影响,限制了有机发光材料在生物成像领域的进一步应用,因此,具有长波长荧光发射、高荧光量子效率且具有优良的双光子吸收能力的有机发光材料,成为研究人员追求的目标。此外,有机发光材料虽然在聚合物荧光可视化领域有着重要的作用,但是目前大多数有机发光材料,都是通过共价键的方式与聚合物结合,合成繁琐复杂且提纯困难,需要进一步开发对聚合物具有特异性识别的有机发光材料体系。在生物成像与聚合物可视化领域,大部分发光材料通常在固态下得以应用。由于有机发光材料的固态光致发光特性,在很大程度上受聚集状态和分子堆积方式的影响,因此理解分子聚集状态、堆积结构、发光性能三者之间的关系,有助于开发新的有机发光材料体系,并增强有机发光材料在生物成像、聚合物可视化领域的应用潜力。本论文以有机发光材料的设计合成为基础,制备了基于氰基苯乙烯和苯并噻吩砜的有机发光材料,并对其光学性能进行了研究,结合分子聚集状态及堆积结构对有机发光材料性能的影响,探究了有机发光材料在聚合物中的荧光特性与其聚集方式间的关系,并将有机发光材料应用于生物成像和共混聚合物相结构的可视化。具体研究内容如下:1.设计合成了一系列氰基苯乙烯衍生物,分别命名为DPB、DOB、DTB、DTTB。通过调控侧基的给电子能力,获得了在固态下具有高亮、近红外发射的分子DTTB（712 nm,ΦF=14.2%）。为了使得DTTB有良好的生物相容性并应用于生物成像,我们利用两亲性聚合物对其进行包覆。在制备纳米粒子的过程中,发现了含苯环的聚合物对DTTB特有的荧光增强现象,实验证明这种特殊的荧光增强现象来源于含苯环的聚合物对DTTB分子振转运动的有效限制。因此,我们利用DTTB分子在聚合物中的特殊的荧光增强特性,获得了具有高效近红外发光（ΦF=29.8%）的DTTB@PS-PEG纳米粒子。此外,DTTB@PS-PEG纳米粒子在800-1050nm激光激发下具有较大的双光子吸收截面积。我们基于DTTB@PS-PEG纳米粒子,实现了Hela细胞的双光子细胞成像,并取得了较好的成像效果,证明了氰基苯乙烯衍生物在双光子成像领域有较好的应用前景,为设计开发具有高亮、近红外荧光发射的双光子荧光探针提供了参考。2.研究了氰基苯乙烯衍生物TB在不同聚合物中特殊的光致发光性质。在紫外光（365 nm）激发下,TB掺杂在聚苯乙烯（PS）等含有苯环的聚合物中时,具有强的近红外荧光发射（610 nm,ΦF=21%）。而TB掺杂在聚丙烯（PP）等不含苯环的聚合物中时,荧光几乎淬灭（656 nm,ΦF＜1%）。通过稳态/瞬态光谱及其分子动力学模拟发现,TB在不同聚合物中的特殊发光性质源于TB在聚合物中聚集状态的差异。基于TB在不同聚合物中聚集方式的差异带来的荧光性能差异,我们首次利用多光子激光扫描显微镜对TB/PS/PP共混聚合物进行成像,成功实现了TB/PS/PP薄膜内部相分离结构,以及在恒定拉力下TB/PS/PP样条内部PS相分布的三维可视化,为聚合物结构-性能的研究提供了更便捷,准确的手段。3.设计合成了一系列苯并噻吩砜（BTO）衍生物BTO-TF、BTO-OH、BTO-N。我们通过改变分子侧基官能团,来调控分子环加成能力。研究发现,由于分子堆积结构不同,这些化合物在固态时具有出不同的拓扑[2+2]环加成能力,并在紫外光照射下展现不同程度的荧光变化。晶体分析与理论计算进一步表明,紫外光照射下,聚集态分子的荧光变化来源于环加成反应对分子原有堆积结构的破坏。基于上一部分工作的研究结果,利用聚合物对聚集体堆积模式进行调控,使得苯并噻吩砜衍生物在不同聚合物中展现出不同的环加成能力并伴随荧光改变,实现了PS/聚己内酯（PCL）薄膜相分离结构的荧光可视化,为设计共混聚合物相分离荧光可视化探针提供了新的研究思路。