螺烯是一类由苯环或其他芳香环通过邻位稠合而得到的一类具有螺旋手性的多环芳烃化合物。基于此类分子大π共轭骨架和螺旋手性的特点，螺烯及其衍生物被广泛地应用于有机功能材料、不对称催化、分子识别与组装等领域，是当前化学和材料科学研究的热点之一。氢化螺烯作为一类没有完全芳构化的螺烯衍生物，不仅具有非平面的螺旋骨架，还保留了螺烯的π-共轭结构，可能会在溶液中和固态下均具有高效发光的性质，并在光电材料，生物成像等领域具有重要的潜在应用价值。然而氢化螺烯的合成与性能研究还没有引起人们太多地关注，尤其是基于氢化螺烯的功能化应用研究几乎是空白。本论文主要围绕基于氢化[5]螺烯骨架的高效荧光分子的设计合成、光电性质及其在荧光探针，生物成像等领域中的应用开展研究工作，主要内容和结果包括:　　首先，通过在氢化[5]螺烯骨架上引入内酰亚胺和芳环取代基，我们得到了一类在溶液中和固态下均具有高效发光性质的氢化[5]螺烯衍生物，其在溶液中和固态下的荧光量子产率均是目前螺烯类化合物的最高值;利用理论计算的方法解释了π-延展的此类氢化[5]螺烯衍生物具有高的荧光量子产率和大的Stokes位移等性质的发光机制;通过进一步改变氢化[5]螺烯骨架上取代基的推拉电子能力，我们首次得到了在溶液中和固态下均具有全色高效发光的氢化[5]螺烯衍生物;由于其高效固态发光性质，此类氢化[5]螺烯衍生物的一维纳米线还表现出优异的光波导性质。　　其次，我们利用得到的氢化[5]螺烯衍生物，通过超声再沉淀法进行了纳米组装的研究，并成功制备了发射蓝、绿、黄、红等不同颜色荧光的纳米颗粒;基于能量共振转移原理，通过不同发光分子之间的掺杂，我们还得到多色甚至白色荧光的纳米颗粒;制得的纳米颗粒在细胞成像实验中呈现出明显的构效关系，即随着构成纳米颗粒的分子上取代基的逐步减小，此类纳米颗粒在细胞成像时呈现出由细胞膜到细胞质的逐步染色。　　最后，以此类氢化[5]螺烯衍生物作为生色团，我们还探索了其在酸碱变色材料和Hg2+荧光探针中的应用。在氢化[5]螺烯骨架上引入强给电子能力的二甲胺基，通过二甲胺基的质子化和去质子化过程，实现了对酸碱气体的快速变色响应;通过对此类氢化[5]螺烯衍生物上内酰亚胺基团的硫代衍生化，我们得到了一个荧光几乎被完全猝灭的氢化[5]螺烯衍生物。以此分子作为荧光探针实现对汞离子的荧光增强型专一性识别，通过同位素标记的高分辨质谱实验证实体系中的水参与了识别过程。