表面等离子体共振技术由于其自身的特性成为了纳米光学器件的主要研究手段,利用表面等离子体共振技术进行生化分析与检测,具有快速、实时、原位检测,高灵敏度等优势。金纳米线光栅相较于其他形态的纳米材料有纵横比优良、柔性高以及制备方法简单、易于修饰、表面等离子共振波长可调的特点被广泛应用于生化分析传感领域。目前,对金属纳米线光栅SPR传感器的优化研究主要致力于降低成本、简化操作、实现通用性、拓宽传感器应用范围等方面。本文基于时域有限差分算法研究不同结构参数的金纳米线光栅对SPR生物传感器传感特性的影响,最终优化出一种结构简单、灵敏度高的生化检测传感器。再针对现存在的低浓度溶液定量定性检测技术方面的流程复杂、分辨率低等问题,进一步优化传感器的结构,提出一种可应用于低浓度检测的多单元生化检测传感平台,实现对低浓度蛋白质溶液二级结构的快速、实时、高分辨率检测。使用FDTD Solutions软件对提出的传感器的线性检测范围、灵敏度等特性展开仿真研究。本文首先简单介绍了研究背景,和简述了SPR共振原理,介绍了金属纳米线光栅结构和表面等离子体共振传感技术结合的检测机理,讨论了金属的光学特性,并对时域有限差分数值计算方法进行了简单陈述。其次,提出一种金属纳米线光栅局域表面等离子体共振传感器,结构包括衬底层和金属光栅层。传感器的表面等离子体激元的局域特性和纳米线的选频特性,实现了传感器的信号增强功能。利用时域有限差分算法,研究传感器中的光栅周期、光栅深度及其金属膜层厚度等结构参数对传感特性的影响。优化结构参数,最终将传感器应用于DNA杂交生化检测。FDTD仿真结果表明,金属纳米线表面吸附生物介质折射率的变化会引起传感器反射光谱的共振吸收峰值波长漂移,且呈线性关系。采用该传感器模拟DNA杂交检测,成功区分了DNA杂交和单核苷酸多态性。该方法作为终点检测方法,对目标寡核苷酸的检测精度为1.136,灵敏度达到70000%/RIU,品质因数为212.12RIU^-1。该传感器具有结构简单,高灵敏度,小型化且制造成本低等优点。最后,针对传感器检测中对样本低浓度检测存在的问题,我们将第三章提出的金光栅阵列SPR传感器结构复制后,得到多个独立相同结构,并按照一定方式排列成为一个多单元检测平台,旨于实现对低浓度蛋白质单层振动特征的检测。为解决在多单元检测中传感元件面积与传感灵敏度之间存在的折中问题,进一步提高传感元件灵敏度,我们在之前设计的单向金纳米线光栅阵列中增加了一组方向正交的同结构参数金纳米线光栅阵列,使每一个检测单元可分别被不同偏振方向的极化波激发表面等离子体共振的两组纳米线光栅检测阵列,提高了实际检测面积,使传感器在超低浓度检测中保持传感元件面积不增加的同时提高了检测特性。最终将多单元检测平台与红外光谱技术相结合,对低浓度溶液中的α-Syn蛋白二级结构进行检测。通过时域有限差分法模拟酰胺Ⅰ带内蛋白质二级结构的检测,通过分离采集反射光谱中吸收信号的重叠分量的方法实现蛋白质二级结构的定性检测,将提取到蛋白质的二级构象信息与事先建立的蛋白质模型进行对比对照,该方法实现了α-Syn蛋白二级结构无损无标记检测。SPR传感作为一种灵敏,实时且无标签的检测技术,由于其强大的共振近场特性,在中红外（mid-IR）吸收光谱中为蛋白质二级结构的测定供给了另一检测方向。