表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)传感是一种高精度的光学折射率传感技术,由于其灵敏度高、无需标记、实时性强等特点,被广泛应用在蛋白质组学遗传分析、药物动力学分析、环境污染物检测和食品安全等领域。传统的SPR传感器主要基于对光的振幅信息的检测来实现折射率传感,包括强度型、角度型和波长型等几种类型。新型的相位型SPR传感器基于相位信息检测,其传感分辨率优于传统的振幅检测的SPR传感器2-3个数量级,可以达到10-7-10-8RIU,因此在生物小分子相互作用和微量样品检测中有着巨大的应用潜力。本文的研究目的是利用微流控技术来实现高分辨率、高通量的基于相位SPR成像的传感系统搭建并进行生物传感应用。核心内容由四部分组成：相位SPR传感的灵敏度和噪声的模拟分析、基于棱镜相位调制器(PPM)的相位提取、SPR微流芯片的制备、相位SPR成像传感系统的搭建及应用。本文的主要研究内容包括：1.相位SPR传感的原理及传感性能模拟。这部分内容主要涵盖于第一章、第二章和第三章。我们将利用麦克斯韦方程组推导出表面等离子波的波动方程,并在此基础上探讨激发SPR的波矢匹配条件。在第三章我们将详细介绍相位SPR传感的相位信号提取方法,并模拟讨论相位SPR传感的灵敏度及其噪声。2.有效、稳定地实现相位调制和提取是相位SPR传感系统的关键技术,第四章将介绍一种新型的基于棱镜相位调制器(PPM)的相位提取系统。相比于传统相位调制器,PPM有着调制效果稳定,调制范围广和成本低廉等优点。我们将利用菲涅耳公式得出PPM相位调制结果的表达式。接着介绍多步拟合和PSI相位提取的原理,最终实验测试基于PPM的相位提取系统的性能。3.多通道SPR微流芯片的制备。在生物分子亲和力分析和药物筛选等研究中,如何提高检测通量,加快检测速度是人们普遍关注的问题。我们利用微流控技术制备了高通量的SPR微流芯片,其中集成了64个传感阵列、17个流体通道和176个气控微阀。这种高度集成的SPR微流传感器可以大大提高检测通量和检测速度,有着巨大的实际应用潜力。第五章将详细介绍这种SPR微流芯片的制备流程并讨论其中的若干关键技术,并对微流芯片的性能进行测试。4.基于相位SPR成像的面阵传感系统的搭建及应用。第五章我们将PPM和SPR微流芯片结合,搭建了一个多通道的相位SPR成像传感的实验系统。甘油溶液检测的实验结果表明,相位SPR成像传感可以实现7.61×10-7RIU的传感分辨率,在目前的面阵型相位SPR传感器中有着相对较高的传感分辨率。IgG抗原抗体结合的实验结果可以得出IgG抗体的最低检测极限为3.3pM。在第五章的最后将介绍血管生成素及其抗体的结合测试并得出其亲和常数。