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表面等离子体共振(SPR)是一种光激发导致电子产生共振的现象。入射光照射到金属纳米结构上，入射光的频率与金属纳米结构材料的固有频率相匹配，在其表面激发产生电荷震荡。此时金属纳米结构表面的电磁场强度得到极大增强，使得金属纳米结构对其表面附近物质折射率变化十分敏感。将待测物质覆盖或连接在金属纳米结构上，可通过测试其光谱特性的变化对表面待测物质进行传感检测。 目前，金属纳米结构的SPR光谱已被用于化学和生物传感检测中。金属纳米结构生物传感器由于其特性易受到金属结构尺寸，形状，以及材料等因素的影响，其传感芯片具有传感灵敏度不高，性能不稳定，制作成本高等缺点，目前还未能大范围应用于实际传感检测。因此有必要对金属纳米结构的传感机理、影响因素、以及加工和制备工艺进行研究，从而设计和制作出性能优异的可大范围实际应用的新型金属纳米结构生物传感器。本论文通过对金属纳米结构传感模式特性进行分析和研究，设计了金纳米狭缝阵列、金椭圆纳米孔阵列等多种具有高传感灵敏度和高稳定性的金属纳米结构。并对金属纳米结构光学异常透射增强现象与激发模式的场强关系有新的发现。通过对电子束曝光、双光子干涉曝光和金属退火等纳米加工工艺的优化，成功制作出传感性能优异的金属纳米结构。通过与微流控技术和封装技术相结合，实现了金属纳米结构多通道微流控芯片封装和片上实时监测，进而成功的对芯片传感性能进行了表征。还通过金属表面形成金硫键和偶联反应，成功实现了金纳米结构与生物分子结合，将金属纳米结构传感芯片应用于实际生物传感检测中。此外，还对金属纳米结构与面发射激光器集成进行了研究，实现了传感芯片与光源集成，为下一步高性能、小体积、高稳定性的金属纳米结构集成传感器的制作与应用进行了尝试。 本论文的主要工作及取得成果如下: 1.采用基于时域有限差分的模型对金纳米狭缝阵列的传感特性进行研究，发现狭缝的腔模式传感特性最佳，且当狭缝宽度小于70 nm时，因狭缝内场强变化小，传感灵敏度接近饱。采用电子束曝光和刻蚀工艺制作出不同周期和狭缝宽度的金纳米狭缝阵列，测试发现狭缝周期700 nm，宽度38.5 nm时，其折射率灵敏度高达726 nm/RIU。 2.对金椭圆纳米孔阵列的耦合模式进行了模拟和分析，发现其比同时激发的其它SPR模式具有更高的传感灵敏度。此外，通过对衬底材料影响耦合模式传感性能的方式进行分析，进一步提高了芯片的传感灵敏度。并设计和制作了金椭圆纳米孔阵列传感芯片，测试发现其传感灵敏度达549 nm/RIU。生物修饰实验中，金椭圆纳米孔阵列传感芯片能对25 ng/ml浓度的AFP（α胎蛋白）进行检测。测试浓度接近临床阈值浓度，可对临床病人的血样进行检测，降低检测成本、减少测试时间。 3.设计了金椭圆纳米腔阵列结构，尝试利用搭建的双光子干涉曝光装置进行金椭圆纳米腔阵列结构的制作，成功制备出传感灵敏度为562 nm/RIU的高性能传感芯片。实现了高灵敏度金纳米结构传感芯片的低成本、快速制造。 4.利用SiO2纳米球阵列和金属退火等工艺方法，实现了金纳米结构低成本，大面积制备。对大面积制各的多通道传感芯片，改进了测试光路，实现了测试光路便携集成。目前，由于纳米球阵列等工艺制作的结构均匀性较差，传感性能较低，可将其用于折射率变化大、待测浓度高、成本低的传感应用中。 5.将垂直腔面发射激光器与金纳米结构传感器结合，设计了基于面发射激光器的新型光源与传感芯片结合的片上芯片强度测试系统。该系统具有体积小、功耗小、稳定性强、易于检测等优点。通过对测试系统的封装，表明其可应用于对待测物品的高灵敏度检测。