在生物医学研究和临床实践中，生物体内部活动的可视化对于理解生命机制至关重要。在众多成像技术中，荧光成像以其高分辨率、高灵敏度、非侵入性和低成本的特点，成为了大规模研究和临床应用的优选方法。然而，光子在生物组织中的穿透深度受到多种因素的影响，如组织对光的吸收和散射，以及组织内部的自发荧光和光子的散射效应，这些都会干扰成像效果。

近红外二区（NIR-II，1000 - 1700 nm）荧光成像技术因其高对比度、高穿透深度、低光子散射和低自发荧光的优点，在光学成像领域备受关注。荧光团作为NIR-II荧光成像的关键组成部分，一直是研究的热点。常见的有量子点、单碳纳米管、稀土纳米颗粒、有机小分子等，尽管基于纳米颗粒的荧光团在具有量子产率高，抗漂白强，斯托克斯位移大等优势，但它们的代谢缓慢，有潜在生物毒性，临床转化存在一定限制。相比之下，有机小分子荧光团因其快速代谢、低毒性和明确的结构，被视为更有潜力的临床成像候选分子。然而相对复杂的化学合成一定程度上限制了其广泛应用。此外，具有高生物相容性的小分子NIR-II荧光团的类型仍然相当有限。因此，开发基于NIR-II的新型生物相容性分子意义重大。

作为植物的主要光合色素，叶绿素大量存在于绿色植物中，并且已经被广泛应用于多个领域（如光动力，光热疗法，光学成像，磁共振和核素成像）。该类结构具有较大的共轭体系，因此我们假设叶绿素及其衍生物可能是一个新的、有前景的NIR-II荧光结构类型。因此，本论文研究了叶绿素及其衍生物的光学性质，以筛选出具有NIR-II成像能力的荧光团。研究涵盖了叶绿素的七种衍生物，包括叶绿素b、不含Mg²⁺ 的叶绿素衍生物和叶绿素金属衍生物，并对它们的光学性质进行了表征，包括对pH、各种无机离子和黏度的敏感性。结果表明这些衍生物中的大多数对黏度敏感，具有监测黏度变化的能力，并被成功应用于LPS诱导的小鼠炎症模型的NIR-II成像，相较于对照组，模型组在2至4小时腹部有强荧光信号。此外，这些衍生物还成功应用于NIR-II荧光引导的小动物模型淋巴结手术切除，展现了其在NIR-II手术导航应用中的潜力。除了在生物成像上的应用，本工作还发现不同类型植物受激光持续照射后叶绿素荧光变化具有差异，暗适应处理会加快荧光淬灭速率，而除草剂可通过阻断叶绿素在光合作用过程中的离子传导通路降低其荧光淬灭速率，揭示了叶绿素在NIR-II植物成像中应用的可能。

本论文表明叶绿素及其衍生物可以作为NIR-II荧光成像的重要工具分子，具有在生物医学和植物学领域中进一步应用的巨大潜力。