近年来，基于π-共轭有机小分子的光功能材料在诸如有机发光二极管(OLED)、场效应晶体管(OFET)、有机太阳能电池(OPVC)、有机激光、生物荧光传感等诸多领域受到越来越多的关注。与相应的无机材料相比，π-共轭有机小分子材料的最大优势就在于其结构的多样性与可调控性，人们可以根据具体的需求来设计有机小分子的结构以调控相应化合物的性质，并在此基础之上开展工作。从生物医疗探测的角度，基于π-共轭有机小分子材料的探针较基于重金属材料的荧光量子点等而言在生物安全性方面也具有明显的优势。有鉴于其广泛的应用前景，设计构建新型的π-共轭有机小分子光功能材料、探究其结构-性能关系具有重要的意义。本文设计并合成了一系列基于π-共轭有机小分子的荧光探针材料、并探究了其光学响应机制及其在溶剂极性环境、生理活性物种的探测等方面的应用。本文所取得的创新性研究成果如下:　　1.用一步法合成了一种没有明显的D-π-A分子骨架结构特征、但表现出典型溶致变色效应的氢化杂环苝染料(DTDDP);并对其光物理特性、分子内电荷转移(ICT)性质等进行了系统的研究。实验及理论模拟结果表明:所测得的稳态荧光发射带属于ICT态而非LE态;在激发态时DTDDP分子内部电子与空穴中心的距离达到2.358(A)，证明了该分子的溶剂变色效应的内在机制为分子内电荷转移（intramolecular charge transfer, ICT）。其次，研究发现该化合物可以专一的光氧化成一种醌式结构(DDDP)并伴随着明显的吸收光谱与发射光谱的变化，同步的核磁与质谱跟踪实验证明了上述的光氧化过程。这项工作对于构建非典型电荷转移化合物及其应用方面具有重要意义。　　2.经过氯甲基化，缩环，去甲基化，甲基氧化四步合成了一种可以对生物硫醇Cys/Hcy进行选择性响应的黄酮类荧光探针(DMAF)、并探索了其在生物荧光成像方面的应用。研究结果表明其荧光响应机制在于Cys/Hcy中巯基对探针分子中醛基的亲核加成成环而导致的对探针分子内光诱导电子转移(PET)过程的抑制、从而使原本被抑制的荧光发射通道得以加强。实验结果表明该探针对Cys和Hcy的检测极限分别达到0.82、1.45μM，同步的核磁滴定与质谱分析证实了上述的响应机制。在此基础之上，我们成功的将该探针应用于MCF-7细胞成像、确认了其对细胞内Cys/Hcy变化的传感能力。　　3.经过缩环，羟基保护，甲基氧化，缩合四步合成了一种对二氧化硫衍生物(SO32-/HSO3-)进行选择性响应的比率计型的有机小分子荧光探针(HBT-BT)、并探索了其在生物荧光成像方面的应用。确认了其响应机制是由于亚硫酸根对探针分子中缺电子双键的亲核加成破坏探针本身的大共轭体系，使体系荧光发射峰位由590 nm移至HBT酮式发光465 nm。该探针对亚硫酸根的检测限达到11 nM，并且对各种负离子特别是对诸如Cys/GSH等生物硫醇展现出了良好的选择性。该小分子荧光探针也应用于MCF-7细胞成像并得到了较好的结果。