随着纳米技术的快速发展,纳米等离子激元材料表现出特有的光散射特性,受到研究者们极大的关注,在生物化学传感检测领域得到快速发展与应用。近年来,等离子激元材料（贵金属纳米颗粒）的光散射已经成为定量和表征不同纳米颗粒最常用的技术之一。贵金属纳米颗粒因其易于制备、生物相容性、惰性和迷人的颜色等优势而受到人们广泛地关注。尤其是金纳米颗粒凭借其独特的光学特性,被广泛地应用于生物传感检测领域。本文详细讨论当前开发的基于金纳米颗粒的生物传感器,主要讨论两种不同的等离子体生物传感器,包括局部表面等离子激元共振传感器和表面增强拉曼光谱传感器。基于上述背景,本文的研究内容围绕金纳米颗粒设计一系列等离子传感器并研究这些传感器在化学生物检测方面的应用,具体包括以下四个部分:1.基于酶催化刻蚀单颗粒金纳米三角片的多功能形状依赖型等离子纳米探针双氧水（H2O2）在各种信号传导过程、衰老和疾病中发挥着至关重要的作用,但过量的H2O2会导致各种疾病。因此,本文开发一种多功能形状依赖性的等离子体纳米探针,用于实时检测痕量H2O2。在微量H2O2的作用下,酶催化蚀刻各向异性的金纳米三角片（Au TNPs）导致其LSPR散射光谱发生显著的蓝移,同时Au TNPs散射光颜色发生明显的变化。在2.5-100μmol/L浓度范围内,H2O2浓度与散射光谱的蓝移量呈线性关系,检测限达到0.74μmol/L。理论计算表明,随着H2O2浓度的增加,蓝移量呈线性增加,并与实验结果相吻合。此外,该探针成功地应用于Hela细胞中H2O2的传感检测。此外,通过对Au TNP@HRP蚀刻的原始数据的分析,发现Au TNP@HRP可用于等离子体标记的逻辑门和一次性写入存储。2.四面体DNA辅助组装的核-卫星纳米结构SERS探针单颗粒水平对汞离子的传感检测由于近年来汞排放量的急剧增加,迫切需要开发出一种高灵敏、特异性的汞离子(Hg2+)传感器,以应对日益严重的汞污染。本文设计一种基于四面体DNA定向组装核-卫星纳米结构的SERS探针,用于在单颗粒水平检测Hg2+。SERS传感器主要由核金纳米颗粒,卫星金纳米颗粒和四面体结构DNA作为连接分子组成。在四面体结构中,其中一条边是包含Hg2+适配体的单链DNA。在Hg2+存在条件下,核金纳米颗粒与卫星金纳米颗粒之间的间距由4.5 nm减少至1.2 nm,导致其SERS信号增强。SERS信号的增强值与Hg2+的浓度呈线性关系。此外,时域有限差分法（FDTD）模拟计算进一步证实SERS强度变化与Hg2+的浓度之间的线性关系。此外,SERS传感器具有良好的特异性。此外,SERS传感器可以应用于饮用水和湖水中的痕量汞离子检测。凭借其高选择性,SERS传感器在环境监测和食品安全领域展现出巨大的发展潜力。3.SERS分子尺单分子水平实时监测分子构象变化动态实时检测单个DNA适配体的构象变化,对理解DNA适配体的功能至关重要。本文设计四面体DNA辅助核-卫星纳米结构作为SERS分子尺,利用暗场显微镜（DFM）和拉曼光谱联用技术,实时监测Hg2+刺激下的单个Hg2+适配体构型变化的动态过程。加入的Hg2+触发单个Hg2+适配体构象变化事件,导致卫星纳米颗粒逐步靠近核纳米颗粒。得益于组装体形貌的变化,SERS强度在特定时间内呈台阶状上升增强。基于这些结果,该SERS分子尺成功地用于监测单个Hg2+适配体的构型变化过程。原位扫描电子显微镜（SEM）和时域有限差分法（FDTD）模拟仿真进一步验证单个Hg2+适配体构型变化事件。此外,SERS分子尺可以用于研究DNA适配体构型变化的中间状态,结合位点的个数以及反应动力学。在进一步的应用中,SERS分子尺在多阶光存储方面展示出非比寻常的潜力。4.BDT介导的组装体SERS探针单颗粒水平上分析内吞过程中的力学行为理解内吞力对于研究内吞作用介导的细胞摄取纳米颗粒过程至关重要。然而,内吞力的动态变化与内吞过程中的颗粒的运动轨迹的相关性尚不清楚。本文开发一种新型的基于1,4-苯二硫醇（BDT）桥接的核-卫星纳米结构作为SERS机械力探针,同时示踪细胞膜中内吞力的动态变化和在内吞过程中纳米颗粒的运动轨迹。得益于桥连和非桥连BDT分子之间化学增强的巨大差异,本文设计的机械力探针对机械力的变化十分敏感,密度泛函理论（DFT）模拟计算进一步验证上述机理。结合纳米颗粒的运动轨迹,揭示内吞力的动态变化与内吞过程中的颗粒的运动轨迹之间的相关性。此外,实现在多个位置纳米颗粒所受内吞力动态变化的可视化,并建立区分癌症和正常细胞的直接标准。从纳米力学的角度阐释细胞内吞摄取纳米颗粒的动态变化过程,为控制药物释放、纳米机器人和纳米马达提供有价值的信息。