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灵敏度、分辨率、动态范围是衡量SPR生物传感器性能的重要指标，实现这些性能的提高是本论文的核心工作。相对于目前广泛使用的传统SPR生物传感器，基于多层结构的波导耦合表面等离子体共振(WCSPR)生物传感器具有多方面的优势，比如共振峰峰形更尖锐、位置可调控等，这些特征都有助于上述性能的提高。
本论文主要对WCSPR生物传感器进行研究，涵盖理论分析、新方法探索等内容。
首先，本论文对WCSPR生物传感器的耦合机制进行理论分析，发现模式数重合特征，清晰阐述“波导耦合”名称的含义，并且提供WCSPR峰位预测和判断的方法。同时，本论文分析WCSPR传感器中不同结构参数对于检测结果的影响，为优化传感器性能提供依据。
其次，强度检测是最为常用且简单的检测手段，本文对这种检测方式进行了详细研究。通过对角度检测曲线的线性区域进行标准化，得到特定线性度下最大的检测范围；从理论和实验两方面对SPR和WCSPR传感器的强度灵敏度进行对比，结果显示WCSPR传感器能够提高灵敏度约50％；基于强度检测的成像技术是WCSPR芯片一个很有潜力的应用，本论文还对成像WCSPR芯片的制备进行介绍。
最后，本论文对进一步提高WCSPR生物传感器的性能做出探索，其中包括提出双电压调控的WCSPR检测方法，此方法在检测条件比较宽裕的前提下，能够进一步提高灵敏度，同时抑制信号漂移造成的影响；另外，本论文利用WCSPR共振峰位置可调控的优势建立了增大传感器检测动态范围的方法，改变了WCSPR传感器检测动态范围小的劣势。论文在结尾对WCSPR传感器的直流电压扫描检测方式进行分析，认为这种方法难以降低检测限，并且较传统SPR传感器的强度检测方法没有明显优势。