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单重激发态的调控对于调控分子的荧光发射非常重要。降低或者升高单重激发态的能级能够调控分子的光物理性质,如吸收波长、发射波长、Stokes位移。粘度是衡量流体流动性的重要指标,粘度的变化与很多疾病的发生有关；巯基化合物是生物体中重要的组分,它在生物体内浓度的变化也会导致一些疾病。通过单重态调控设计出高灵敏度和优良光物理性质的粘度分子探针和巯基化合物分子探针对于研究、预防疾病有很重要的指导意义。分子转子(molecular rotors)是一类对粘度敏感的荧光分子,目前已报道的对粘度敏感的分子转子荧光存在以下缺点：母体分子结构较为单一,发射波长普遍较短,Stokes位移较小。在前人工作的基础上,我们首先设计了以香豆素为母体的两个粘度探针c-1和c-2,这是比较经典的转子模型：即将吸电子基团(如二氰基乙烯)与荧光母体直接相连,这会导致电子给体和电子供体之间有较强的分子内电荷转移效应,增大转子的发射波长,但是吸收波长也会延长,Stokes位移没有太大的改善。在经典转子模型(r-1和r-2)的基础上,我们在荧光团与吸电子基团之间引入了噻吩基团,设计了转子r-3到r-9,噻吩具有较好的平面性,它不仅不会隔断电荷的传递,还会增大转子的共轭程度。我们还从Gaussian 09计算解释了噻吩的引入对增大吸收波长、发射波长、Stokes位移的作用,从理论上解释了Stokes位移的增大是激发态构型进行调整的结果。最后我们将探针成功应用到了指示液晶从液态到液晶相的转变过程。常见的巯基化合物存在于比较复杂的生物体内环境中,较强和较短波长光的照射会对生物组织造成损伤,所以选择吸收强、长波长发射、大Stokes位移的巯基荧光分子探针对于研究巯基化合物是非常必要的。以对分子的单重激发态进行调控为探针设计手段,利用BODIPY吸收强、容易修饰的特点,通过在BODIPY 3号位的knoevenagel缩合设计了以BODIPY为母体的off-on型长波长巯基荧光探针t-1,在探针t-1的基础上我们设计了基于荧光共振能量转移机理(FRET)的荧光探针t-2,弥补了t-1探针Stokes位移较小的缺点,这两个探针对半胱氨酸都有很好的选择性,并且这两个探针成功应用在了细胞荧光成像上。我们还通过理论计算解释了探针产生off-on效果的原因,并且首次从理论计算以及分子激发态过程的角度解释了FRET机理。