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常规SPR传感器灵敏度不足，仅适合探测DNA、蛋白质等生物大分子而不能直接探测小分子，然而现实生活中常见的有毒有害物质如农药、氰化物、TNT、三聚氰胺、亚硝酸盐、重金属离子、氨氮、挥发性有机化合物、易燃易爆气体等均为小分子，严重影响着空气、水体以及食品安全。因此，研究开发能够探测小分子的SPR传感器具有重要的实际应用价值。本文从SPR消逝场传感原理出发，提出利用纳米多孔薄膜扩展消逝场与小分子靶标的作用深度，从而增大SPR对小分子灵敏度。主要研究内容包括: (1)设计搭建了结构紧凑、入射角灵活可调，可精确定位起始角，线偏振宽带平行光束入射的衰减全反射光学测量平台，为开展实验研究奠定了基础。 (2)融合波导理论、菲涅耳公式和Bruggeman介电常数近似方程，建立了多层膜SPR传感器仿真算法，为优化多孔膜增敏的SPR芯片提供了手段。 (3)采用分子模板法制备了SiO2介孔薄膜覆层的SPR芯片，测试了芯片在可见及近红外波段对氨基酸、表面活性剂、重金属离子等小分子的敏感特性。实验结果指出70nm厚的SiO2介孔薄膜可使SPR灵敏度提高6至8倍;仿真结果进一步指出当SiO2介孔薄膜厚度大于600nm时，SPR对小分子的灵敏度将达到极大值而对大分子的灵敏度将趋于零。 (4)提出溅射腐蚀两步法制备数纳米至数十纳米厚的纳米多孔金薄膜，克服了相关研究工作中所采用市售金银合金箔片制备纳米多孔金膜时厚度不可调控的缺点。优化制备的纳米多孔金膜SPR芯片对L-谷胱甘肽的灵敏度是常规SPR传感器的7倍，对L-半胱氨酸的检测下限达1nmol/L。 (5)首次制备出低成本金银合金薄膜SPR芯片，其共振波长灵敏度比常规SPR芯片高出至少2倍。 (6)采用浸渍提拉法从TiO2纳米粒子悬浮液中制备出TiO2纳米多孔薄膜光波导芯片，对芯片的导模共振传感特性进行了测试和仿真，获得了TiO2纳米多孔薄膜多孔度及吸附分子的体积分数。