表面增强光谱技术是纳米科学技术与光学技术交叉融合形成的前沿科学领域。金(Au)、银(Ag)以及其他贵金属纳米粒子的表面增强光谱效应研究激发了全球的研究热情,并在生物分子和生物细胞探测领域有着重大的应用价值。近年来,一维氧化锌(Zn O)纳米材料优异的光、电、传感、生物兼容性等诸多物理和化学性能和易制备、低成本等巨大应用潜力使之成为生物探测领域的研究热点。其中,基于Zn O纳米材料的表面增强光谱研究也受到了广泛关注,但其增强机制和应用有待进一步研究和拓展。并且,Zn O纳米材料经其他纳米结构材料表面修饰后可以结合不同材料形貌和特性优势用以实现表面增强光谱的协同增益,在增强光谱研究领域具有极大的科学意义和应用价值,但目前尚无相关报道。本论文研究了Zn O纳米棒、Ag(Au)-Zn O和Zn O-二氧化硅(Si O2)等纳米棒形貌、结构以及光致发光特性的调制,并着重对样品的表面增强光谱效应进行系统研究,讨论了经表面修饰后的Zn O纳米棒表面增强荧光和表面增强拉曼散射的机理,以荧光素分子、生物细胞和分子为探测对象,实现了荧光和拉曼信号的有效增强和高灵敏度探测。主要内容概括如下:采用籽晶层辅助的水热法在Si衬底上实现了Zn O纳米棒的控制制备和发光特性的调控。本研究发现通过改变前驱体浓度或对籽晶层后处理可实现对纳米棒的形貌及发光的调控。通过研究后处理的籽晶层对纳米棒的作用机制发现,籽晶层不但可以决定纳米棒的直径和密度,其表面氧富集缺陷直接影响纳米棒沿c轴的生长速度和发光特性;控制制备了多种异质结构的Zn O-Si O2纳米棒,深入研究了介质层修饰对纳米棒发光特性的作用机制并探索了核壳结构Zn O-Si O2纳米棒的增强荧光效应。本研究发现对不同前驱体浓度的纳米棒进行Si O2包覆可获得核壳结构Zn O-Si O2纳米棒和一种新型的Zn O纳米点-Si O2纳米棒,通过控制前驱体用量可以实现对Si O2壳层厚度、发光特性和发光稳定性的调制,而Si O2壳可有效提高Zn O纳米棒的增强荧光效应,相应实验现象的机制被深入分析;对Ag(Au)-Zn O异质结构纳米棒对荧光素分子的表面增强荧光效应进行系统研究。首先,设计制备Zn O纳米棒/Ag薄膜作为一种新型的增强荧光衬底,同未引入金属薄膜的Zn O纳米棒/Si衬底相比实现一个数量级以上的增强荧光效果,并研究了Ag薄膜的光反射特性和纳米棒的光波导特性对于增强荧光的作用机制。其次,对三维结构的Ag纳米粒子-Zn O纳米棒表面增强荧光效应进行了系统研究,实现了皮摩尔量级以下的生物荧光素荧光信号的增强与探测,提出三明治结构Si O2介质层-Ag纳米粒子-Zn O纳米棒可进一步提升荧光探测的灵敏度和适用性。此外,还对Au纳米粒子-Zn O纳米棒阵列体现出的增强荧光和荧光淬灭现象的机理进行了讨论;系统研究了Au(Ag)纳米粒子-Zn O纳米棒的表面增强拉曼散射(SERS)效应。以罗丹明等荧光素分子为研究对象对Au纳米粒子-Zn O纳米棒和Ag纳米粒子-Zn O纳米棒的SERS效应进行了深入研究。进而利用Au纳米粒子-Zn O纳米棒为增强衬底分别实现了单个血红细胞、大肠杆菌(革兰氏阴性菌)和金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性菌)的SERS探测,所得单细胞的拉曼峰强度大、峰宽窄,并且不同体系的细胞的谱线具有显著差异性。以Ag纳米粒子-Zn O纳米棒为增强衬底为分别实现了葡萄糖、人血清白蛋白(HSA)和肝癌细胞特征蛋白磷脂酰肌醇蛋白聚糖3(GPC3)的非标记性SERS检测。而且采用时域有限差分法(FDTD)对Au(Ag)纳米粒子-Zn O纳米棒的SERS增强机制进行详细讨论。