光疗主要包括光动力疗法和光热疗法,其作为一类非侵入性、可实时操作的肿瘤治疗手段引起了科研工作者们广泛的研究兴趣。高效光疗试剂的构建是实现肿瘤有效治疗的关键环节。然而,目前报道的大多数有机光疗试剂面临着稳定性和生物相容性差、光热转换和单线态氧产生能力低、功能单一及其构建高效光疗试剂理论的缺乏等问题。因此,发展有效策略来理性构建高效的光疗试剂具有重要意义。基于上述考虑,选择具有强的近红外吸收、相对较好的稳定性、容易修饰的化学结构等优点的氮杂吡咯烷类染料（aza-BODIPY）作为研究对象,基于分子内光致电子转移机理、重原子效应和干扰理论的指导,构建了一系列具有优异光热转换和单线态氧产生能力的光疗试剂,并对机理进行了详细的讨论。最后,在成像的引导下,光疗试剂成功地抑制了肿瘤的生长。论文的主要研究内容如下:1、基于分子内光致电子转移机理的光热试剂的设计、合成及其生物应用利用分子内光致电子转移机理,将二甲胺引入到aza-BODIPY骨架中,制备了具有分子内光致电子转移性质的光热试剂A-1。理论计算、瞬态荧光光谱等手段证明在A-1分子中,分子内光致电子转移过程的存在及其在提高aza-BODIPY骨架光热转换性能的重要作用。此外,经过聚合物包覆得到的纳米粒子A-1 NPs具有优异的光热转换能力（35.0%）和浓度依赖的光声信号。最后,在光声和光热成像的引导下,利用A-1 NPs优异的光热转换能力,成功抑制了肿瘤的生长。分子内光致电子转移机理还可以用来指导设计其它高效的光热试剂,这也为将来的临床肿瘤治疗提供了新的选择。2、基于重原子效应和分子内光致电子转移机理的光疗试剂的设计、合成及其生物应用利用重原子效应和分子内光致电子转移机理,将烷基胺和卤素同时引入到aza-BODIPY骨架中,构建了具有优异光热转换和单线态氧产生能力的光疗试剂B-3。在B-3分子中,重原子效应有助于提高aza-BODIPY骨架光热转换和单线态氧产生能力。分子内光致电子转移机理有助于提高aza-BODIPY骨架光热转换能力和吸收的红移。经过聚合物包覆得到的纳米粒子B-3 NPs展现出高的光热转换能力（43.0%）和优异的活性氧物种（H₂O₂和ONOO^-）、光和热的耐抗性。最后,在成像的引导下,利用B-3 NPs优异的光热转换和单线态氧产生能力,成功抑制了肿瘤的生长。本章工作详细的阐述了有机小分子光疗试剂光热转换和单线态氧产生的机理,为发展多功能的近红外光疗试剂并今后应用于临床提供了指导。3、基于干扰理论的高效光疗试剂的设计、合成及其生物应用基于干扰理论的指导,将卤素、噻吩引入到aza-BODIPY基本骨架中,构建了高效的光疗试剂C-4。系统的理论计算和光物理性质测试证明了,合理的D-A结构、重原子数量及位置的优化可以有效的降低分子第一激发态和第三激发态的能级差和增大旋轨耦合常数,这有利于提高激发态电子的系间窜越速率和非辐射跃迁过程,即同时提高aza-BODIPY骨架的光热转换和单线态氧产生能力。经过聚合物包覆得到的C-4 NPs展现出浓度依赖的光声、荧光和光热信号。在多模成像的引导下,通过协同的光热疗法和光动力疗法,C-4 NPs成功抑制了肿瘤的生长。本章工作探究了有机光疗试剂的作用机理,并且在干扰理论的指导下,可以理性的构建更加高效的光疗试剂。4、基于双重重原子效应的高效光疗试剂的设计、合成及其生物应用利用重原子效应可以猝灭荧光、提高激发态电子系间窜越速率的性质,将碘原子和铂原子引入到氮杂二吡咯骨架中,构建了具有优异单线态氧产率和光热转换能力的光疗试剂D-I-P。光物理性质测试证明了,铂原子和碘原子的引入都可以有效的提高氮杂二吡咯骨架的单线态氧产生和光热转换能力。其中,后者表现出更好的效果,并且它们的引入对同时提高氮杂二吡咯骨架的单线态氧产生和光热转换能力具有协同的作用。经过聚合物包覆,D-I-P NPs表现出浓度依赖的光声和光热性质,并且可以通过EPR效应有效的富集在肿瘤部位。在成像的引导下,D-I-P NPs可以通过其优异的光热转换和单线态氧产生能力有效的抑制了肿瘤的生长。本章工作系统的探究了重原子效应提高有机光疗试剂单线态氧产生和光热转换的机理,为构建新型的有机光疗试剂提供了指导。