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贵金属纳米粒子局域表面等离子体共振(Localized surface plasmon resonance,LSPR)效应以其独特的生物光学特性和巨大的交叉学科应用潜力为化学、生物医药、环境监测、食品安全和农业等领域的科学研究提供了新的研究视角和生物分子传感检测的解决方案。论文旨在解决基于LSPR生物传感技术的批量检测生物样品问题,设计并构建了双通道光纤LSPR生物传感器,并开展了金纳米粒子LSPR生物传感器对食品安全领域中有机磷农药乐果和三聚氰胺的实验研究。论文研究内容包括以下几点:(1)基于Mie氏散射理论求解球形金属纳米粒子消光效率,并以Lorentz-Drude模型为基础,通过MATLAB编程求解得到贵重金属纳米粒子(Au和Ag)消光光谱,通过数值计算研究了不同尺寸和不同材料的纳米粒子消光特性。计算结果表明粒径为13.5nm、20nm、25nm和30nm的金纳米粒子(Au nanoparticles,AuNPs)在环境介质为水(折射率为1.33)中的最大消光效率分别为1.329、2.0583、2.6741和3.3329,随着粒径的改变,最大消光效率对应的消光波长从520nm移动至 527nm。而不同粒径(13.5 nm、20nm、25nm 和 30nm)的银纳米粒子(Agnanoparticles,AgNPs)最大消光效率分别为7.5698、10.4621、11.8101和12.326,最大消光波长从410nm移动至427nm。对比分析可得,随着纳米粒子直径的增加(在13.5～30nm范围内),AuNPs和AgNPs的最大消光效率都逐渐增大,最大消光波长往红光方向移动,并且AgNPs最大消光效率高于AuNPs最大消光效率。(2)构建了双通道光纤LSPR生物传感器。该生物传感器主要由光源、样品检测单元、分光装置和信号采集单元构成。光源发射波长范围为360～1200 nm宽带光;样品检测单元主要包括样品池和样品池支架;分光装置由分束光纤和光纤双路开关构成;信号采集单元由光纤光谱仪(OceanOptics USB2000+)和光谱数据采集软件SpectraSuite构成。实验研究了粒径为13.5 nm,浓度为1.9nM的AuNPs胶体溶液的吸光光谱,以波长为520 nm处的吸光度(A520)分别得到通道1的相对标准偏差为0.45%,通道2的相对标准偏差为0.56%,结果表明该双通道光纤LSPR生物传感器具有较高的稳定性和通道间的一致性。(3)双通道光纤LSPR生物传感器定量检测有机磷农药乐果实验研究。优化实验得到最佳条件为35 μL的NaOH(浓度为1.5 M)与80 μL不同浓度的有机磷农药乐果以及535 μL的纯水充分混匀后,加入150μL的AuNPs溶液(浓度为9.5nM)。实验结果表明,当有机磷农药乐果浓度为10～100nM时,混合溶液在波长为520 nm处的吸光度(A520)与在波长为640nm处的吸光度(A640)比值(A520/A640)与乐果浓度呈线性相关。通道1吸光度比值(A520/A640与有机磷农药乐果浓度之间的线性方程为Y=0.062C+0.13(C为有机磷农药乐果浓度),线性相关系数为0.96,最低检测限(Limit ofdetection,LOD)为5nM;通道2吸光度比值(A520/A640)与有机磷农药乐果浓度之间的线性方程为Y=0.051C+0.59(C为有机磷农药乐果浓度),线性相关相关系数为0.98,LOD为6nM。为验证该方法特异性,进行了具有相似特性的农药六六六、氰戊菊酯以及灭线磷的选择性实验,实验结果表明,含有有机磷农药乐果混合溶液的吸光度比值(A520/A640)为3.138,而含有其他三种农药混合溶液的吸光度比值(A520/A640)分别为0.062,1.131和0.893,明显低于有机磷农药乐果混合溶液的吸光度比值,表明NaOH只能水解有机磷农药乐果并阻止AuNPs聚集。此外通道1在实际样品检测中的回收率范围为85.g%～105.44%,通道2的回收率范围为92.9%～107.37%。(4)双通道光纤LSPR生物传感器定量检测三聚氰胺实验研究。优化实验条件得到最优检测条件为100μL浓度为1.9 nM的AuNPs溶液与40 μL核酸适配体(浓度为1 μM)以及200 μL的纯水充分混匀后反应24 h,并与100 μL不同浓度三聚氰胺反应30 min后加入60 μL的NaCl(浓度为500mM)。实验结果表明,当三聚氰胺浓度范围为0～1 μM时,混合溶液在波长为640nm处的吸光度(A640)与在波长为520 nm处的吸光度(A520)的比值(A640/A520)与三聚氰胺浓度呈线性相关。通道1的吸光度比值(A640/A520)与三聚氰胺浓度之间的线性方程为Y=0.9267C+0.0525(C为三聚氰胺浓度),线性相关系数为0.98,LOD为0.08μM;通道2的吸光度比值(A640/A520)与三聚氰胺的浓度之间的线性方程为Y=0.9491C+0.0929(C为三聚氰胺浓度),线性相关系数为0.98,LOD为0.06 μM。为验证该方法的特异性,实验了牛奶中常见糖类物质(果糖、乳糖、葡萄糖)以及三聚氰胺类似物氰尿二酰胺对核酸适配体功能化AuNPs检测三聚氰胺的光学LSPR信号的影响,结果表明三聚氰胺混合溶液的吸光度比值(A640/A520)为0.966,而糖类物质以及氰尿二酰胺混合溶液吸光度比值(A640/A520)分别为0.29,0.279,0.344和0.119,明显低于三聚氰胺混合溶液的吸光度比值,表明此类物质不能与适配体特异性结合,此类物质的存在不会干扰AuNPs光学LSPR信号。回收率实验结果表明通道1检测实际样品回收率范围为89.06%～108.13%,通道2检测实际样品回收率范围为89.23%～114.62%。