双光子吸收(Two-photon absorption，TPA)是一种三阶非线性光学现象，具有长波激发短波发射、空间选择性高和穿透深度大等特点。近年来，具有双光子吸收特性的材料被广泛应用于三维信息储存、三维微结构加工、激光防护、生物医学成像、疾病诊断与治疗等各个领域。具有良好双光子吸收特性的材料是双光子吸收应用的基础，因此，设计和合成具有大双光子吸收截面的功能性有机分子作为双光子吸收材料具有重要意义。　　在目前已经报道的具有双光子吸收特性的有机分子中，咔唑类衍生物是非常重要的一类双光子吸收材料。咔唑类化合物是一类典型的有机生色团，具有刚性稠环结构，易于引入官能团进行修饰，易于形成相对稳定的正离子，分子内具有较大的共轭体系和强的分子内电子转移，具有良好的热稳定性和光化学稳定性。这些特点使得咔唑衍生物表现出许多独特的光电性能和生物活性。本文以咔唑类吡啶盐化合物为研究对象，设计合成了一系列具有良好双光子吸收特性的有机分子，根据分子结构特点及性质研究了它们在荧光成像、光动力治疗以及双光子聚合微加工等方面的应用。具体内容如下:　　1.联咔唑乙烯基吡啶盐双光子荧光探针的合成与性质研究。合成新型的具有分子内的空间电荷转移的联咔唑基双光子荧光探针，通过与传统的Cv和C2v咔唑基分子荧光探针的比较，研究了其在双光子吸收性能、与DNA相互作用以及单双光子显微成像方面应用的特点及优势;　　2.咔唑乙炔基吡啶盐的合成及其双光子光动力活性研究。设计合成了新型A-D-A型对称结构的咔唑基阳离子型双光子吸收染料，并首次将此咔唑衍生物类分子作为光敏剂用于双光子DNA光断裂和细胞凋亡，化合物在近红外光激发下表现出很强的DNA光断裂活性，并可以光致癌细胞凋亡，展现了其作为光敏剂在双光子光动力治疗中的潜在应用价值;　　3.基于主客体相互作用的水溶性双光子聚合引发剂的应用研究。利用主客体相互作用形成咔唑基C2v染料的葫芦[7]脲超分子包结物，不仅提高了分子的双光子吸收截面，同时使得体系水溶性增大。利用包结物作为双光子聚合引发剂，实现了水相中生物相容性单体的双光子聚合，加工了具有荧光的3D水凝胶结构并用于细胞培养，结构表现出良好的生物相容性。