基于化学交联法和静电吸附法，制备了一种基于氧化石墨烯（GO）-金纳米颗粒（AuNPs）-葡萄糖氧化酶（GOD）的新型比色葡萄糖生物传感器。GOD会催化葡萄糖氧化生成H₂O₂，生成的H₂O₂进一步诱导GO-AuNPs局部表面等离子体共振（LSPR）带的变化，从而实现葡萄糖的检测。GO改善了复合颗粒的稳定性，降低了金属颗粒的生物毒性，还改善了传感器的响应。通过透射电子显微镜（TEM），拉曼光谱和紫外可见分光光度计分别对复合颗粒的微观结构和光学性质进行了表征，并系统地研究了传感器的最佳检测条件，使开发的比色传感器对葡萄糖质量浓度具有高灵敏度和高选择性，并实测到传感器的灵敏度为14 nm/（mg/mL），范围为0~1.6 mg/mL，可用于实际检测。这项工作结合了GO和AuNPs的优势，显示了在葡萄糖检测领域简单，稳定和具有成本效益的应用前景。

基于局域表面等离子共振(Local Surface Plasmon Resonance,LSPR)原理, 本文利用有限元法研究了银圆锥纳米阵列共振波长的调控方法。使用COMSOL仿真软件模拟银圆锥纳米阵列表面附近的平均电场强度随入射光的变化, 结果表明其共振波长与阵列周期和环境折射率有关。圆锥阵列周期p的增加, 导致共振波长发生红移。两者间近似呈线性关系, 可根据有效波长理论拟合得到阵列周期与共振波长间的线性关系式: p=0.97λ+21.244。圆锥半径r和高度h的变化对共振波长无影响。周期p为560 nm时, r=120 nm, h=200 nm, 共振波长峰高达到最值。环境介质折射率增加导致共振波长红移, 峰高减小, 并且出现多个共振波峰。

高传染性病毒对生命安全和社会运行有重大的威胁，快速灵敏的病毒检测是防止病毒爆发的首要手段。基于表面等离子体共振(SPR)和局域表面等离子体共振(LSPR)技术的生物传感器具有快速、高灵敏等特点，在临床病毒检测上有巨大的应用潜力。从抗体、抗原、核酸和病毒颗粒这四类传感器捕获物入手，基于四种病毒检测方法，综述了SPR和LSPR传感器的最新研究成果，对其中应用的传感策略和结合的优化技术进行了分类介绍，并通过对比传感器的检测限，阐述了检测限差距产生的原因。最后，汇总了近十五年来SPR和LSPR病毒传感器的各项参数，对SPR和LSPR传感器在病毒检测领域中的进展进行了总结和展望。

提出了一种基于氧化石墨烯（GO）集成极大倾角光纤光栅（ExTFG）的局域表面等离子体共振（Local Surface Plasmon Resonance， LSPR）免疫传感器，用于对癌症标志物——细胞程序性死亡-配体1（PD-L1）的无标记和特异性检测。利用大尺寸（粒径约为165 nm）金纳米壳（AuNs）作为LSPR载体固定在光纤表面，然后再将GO涂敷于光纤表面来改善ExTFG-LSPR传感器的疏水特性，以增强传感器对生物分子蛋白的吸附能力，最后将PD-L1单克隆抗体（anti-PD-L1 MAbs）通过共价键结合在光纤表面GO的羧基端用于PD-L1的特异性检测。实验结果表明：该免疫传感器对磷酸盐缓冲液中PD-L1抗原的检测范围为0.038~38.46 pmol/L，在0~2 pmol/L的低浓度区保持着良好的线性度，灵敏度约达0.114 nm/（pmol·L^-1），对PD-L1抗原的检测极限低至约0.076 pmol/L，解离系数约为2.801×10^-12 mol/L；当用于不同的健康血清样本和肝细胞癌（HCC）血清样本的临床免疫检测，对前者的响应极其微弱，而对后者具有明显的响应。因此，该免疫传感器在复杂血清环境下对PD-L1标记物具有良好的临床特异性，具有较大的应用潜力。

为了提升氮化镓(GaN)基发光二极管(Light Emitting Diode,LED)的发光效率,设计工艺简单且成本低廉的领结型纳米银金属阵列,并将该结构集成于GaN基发光二极管的表面,在不破坏外延结构的情况下通过激发局域表面等离激元效应有针对性地提升不同波段发光二极管的光提取效率。利用时域有限差分法系统地模拟计算不同尺寸的领结型纳米银金属阵列在不同入射波长下对GaN基发光二极管光提取效率的影响,并通过实验进行验证。结果表明,在中心波长分别为370,425,525 nm的LED的表面集成最优尺寸的领结型纳米银金属阵列,其光致发光峰强度相比于无表面结构的LED分别提升71.1%、148.2%和105.9%。

为实现活性细菌的快速和原位检测, 使用无机碱性双氧水作为“清洁”还原剂, 还原制备了一种毛丹状Au@Ag合金纳米颗粒, 并将其作为表面增强拉曼散射(SERS)基底材料。研究发现: 构建的毛丹状Au@Ag合金纳米颗粒具有较高的表面粗糙度和致密的表面纳米毛刺, 该结构对细菌表面的吸附能力较强, 且不影响细菌的生物活性; 构建的毛丹状Au@Ag合金纳米颗粒在单颗粒表面具有大量的“纳米针尖”和“纳米间隙”, 这种结构可产生较强的局部表面等离子体共振效应; 将毛丹状Au@Ag合金纳米颗粒吸附于细菌表面, 可以有效地增加细菌表面的SERS“热点”, 且在实际检测中容易操作。利用以上特点, 在633 nm的激发光激发下, 可以有效获得活性细菌的SERS指纹谱信号, 该方法的灵敏度和检测效率高, 能广泛应用于微生物细胞的SERS传感分析。

提出一种以Au为材料的正方形框和中空圆柱嵌套的亚波长周期性复合结构，采用时域有限差分算法对复合结构进行数值模拟研究。研究发现，波长在400~900 nm的线偏振平面波垂直入射情况下，最小的透过率能达到7.46%，最小的半峰全宽能达到7.25 nm，最大的反射率为87.61%，最大吸收率达到38.00%，且表现出透射光谱与入射光的偏振方向无关。分析发现，复合结构的共振模式由两基本结构的共振模式耦合而来，且嵌套模式可以进一步减小单一结构的透过率和增大光与复合结构的相互作用。通过改变复合结构参数，得到了较宽且高效的等离激元调控范围和较窄的透射光谱。这也为设计人工亚波长周期性复合结构的研究提供一定的理论指导。

提出了一种双通道探针式81°倾斜光纤光栅(81°TFG)传感器,并将其用于甲胎蛋白(AFP)的免疫检测研究。首先,在81°TFG端面镀银膜形成反射式81°TFG,构建由2×2耦合器和两支81°TFG探针组成的双通道传感器。然后,在栅区表面修饰大尺寸AuNs粒子和GO,并以AFP单克隆抗体为特异性识别单元修饰栅区表面,实现基于双通道探针式81°TFG局域表面等离子体共振(LSPR)的AFP免疫传感器。最后,在复杂血清环境下完成免疫检测实验,结果表明,该传感器对AFP抗原质量浓度的检测极限在1~10 pg/mL之间,检测的饱和点约为200 ng/mL,灵敏度约为0.155 nm/log(pg/mL),对肝癌患者的血清具有良好的特异性响应。相比单通道透射式81°TFG传感器,该传感器能实现对目标分子阳性和阴性样本的同时对照检测,从而增强临床检测应用中的可靠性,且操作更简便、应用潜力更大。