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具有高灵敏，实时测量以及免标记的优点，表面等离子体共振(surface plasmonresonance， SPR)传感器广泛应用于医疗诊断、药物筛选、食物安全和环境监测等领域。本文在传统角度测量方法的基础上研究了电光调制波导耦合表面等离子体共振(waveguide-coupled SPR， WCSPR)传感效应，并以此为出发点探索了表征被检测溶液浓度以及确定SPR角度的新方法，同时提出了一种新的SPR检测装置及基于这种装置的检测方法，这些实验方法和装置拓展了SPR生物传感器的检测技术，为进一步提高SPR生物传感器的分辨率提供了新的手段。
本论文主要包括以下几部分：
1.通过旋转涂覆电光波导层、蒸镀金薄膜功能层制备了厚度可控、高质量的金薄膜/电光波导层/金薄膜三层WCSPR芯片。理论分析了波导层厚度对WCSPR效应的影响，结果表明WCSPR角度随着波导层厚度增加产生周期性的变化；WCSPR峰的深度/宽度比(影响测量精度)和检测灵敏度也随之以相同周期性发生变化，但是深度/宽度比最大值和最高灵敏度对应的波导层厚度并不相同，为了优化检测的综合性能(大的深度/宽度比以及高的灵敏度)，论文定义了两者之积为表征WCSPR检测性能的优值参数，其变化周期与深度/宽度比和灵敏度相同，优值参数最大值对应的波导层厚度作为标准厚度制备WCSPR传感芯片。
2.基于棱镜耦合角度测量装置研究了直流电压调制WCSPR效应，被检测样品为浓度间隔为1％的葡萄糖溶液。实验结果证实对于固定浓度的被检测样品，WCSPR角度随着施加电压线性增大；并且其线性变化的斜率随着被检测溶液的浓度增大而线性增大，这种线性关系可以确定被检测样品的浓度。实验检测分辨率为7.35×10-4折射率单位(Refractive index unit， RIU)。
3.以直流电压调制WCSPR效应为基础，开发了电压扫描WCSPR传感系统。固定波长的入射光以固定角度入射到棱镜上，连续变化直流调制电压施加在电光波导层上，通过锁相放大器记录反射光强获得电压扫描光谱。电压扫描光谱的形状由入射角在WCSPR峰上的分布决定：入射角位于峰的半高附近时，反射光强随着调制电压线性变化，线性变化的斜率由入射角决定；入射角度位于峰最底部附近时，随着电压的增大，反射强度呈现具有极小值的共振峰。共振峰最小值对应的电压或者共振峰的质心作为新的特征参数表征WCSPR效应。以不同浓度的葡萄糖溶液作为样品研究了电压扫描波导WCSPR传感效应，实验结果表明共振电压随着样品的折射率增加呈线性递增，实验获得的检测分辨率为5.56×10-6 RIU。
4.基于棱镜耦合角度测量装置研究了交流调制WCSPR效应。理论计算和实验结果都表明交流调制输出强度与传统直流调制强度对角度的微分呈线性变化关系，在共振角度附近，交流调制强度与角度呈线性变化。以浓度间隔1％葡萄糖溶液作为检测样品，给出了一种基于交流调制的混合扫描装置以及基于这种装置通过线性拟合-寻找零点获得共振角度的方法，实验结果表明交流调制混合扫描装置保持了检测系统的灵敏度，但是由于反射强度在共振角附近的线性跳变，新的混合检测/线性拟合-寻找零点的方法将系统的检测分辨率提高了20％。