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基于表面等离激元共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)原理制作的SPR生物传感器因其超高的检测灵敏度、样品无需纯化性、分子免标记性、实时监测性等优点,在生化工程、临床诊断、制药工程、食品安全、环境监测等领域广泛应用。石墨烯是一种由碳六元环形成的具有蜂窝状点阵结构的二维晶体材料,作为一种新型材料已经引起了众多学者的关注。运用其独特的几何结构及物理性质,将其与SPR传感器的研究设计相结合,可显著提高传感器的性能,为SPR技术的进一步研究发展提供了新的渠道。与传统的SPR生物传感器相比,石墨烯SPR生物传感器具有更广阔的应用领域。本论文首先对SPR传感器的概念分类以及应用作了简单的介绍,总结了石墨烯SPR传感器的研究进展,详细介绍了表面等离激元(Surface Plasmon Polariton,SPP)的基本特点以及SPR传感器的数值计算方法。本论文以提高传感器的灵敏度为主要目的,设计了三种不同类型的石墨烯SPR生物传感器模型,利用软件FDTD Solutions对结构的参数和性能作了仿真分析。首先提出一种添加SiO2材料的石墨烯传感器结构,利用SiO2协调石墨烯既能提高灵敏度又降低准确度的矛盾,最终实现了74°/RIU的灵敏度,与传统SPR传感器相比,提高了1倍多。第二种结构的特点是添加了空气层和双侧石墨烯,在该模型中,空气层协调了灵敏度和准确度的矛盾,石墨烯既保护了金属又提高了灵敏度,达到了78°/RIU,与已有的石墨烯SPR传感器相比,提高了81%。第三种是添加了Pb S的导波SPR结构,PbS具有很高的折射率,增大了石墨烯与样品界面处的场强和等离子体波(Surface Plasmon Wave,SPW)的传播距离,进而提高了灵敏度。在该模型中,灵敏度达到了148°/RIU,与已有的石墨烯SPR传感器相比,提高了243%。