痕量生化检测是对组分含量低于百万分之一的生化物质进行检测的重要技术手段,在医疗诊断、健康监测、生物医学等领域有着广泛的应用需求。高精度的检测技术是痕量生化检测的基础,其中光学检测手段具有抗电磁干扰、灵敏度高以及尺寸小等优点,成为痕量生化检测领域的研究热点。实现光学痕量生化检测的核心关键是构建高灵敏的折射率传感器。微纳光纤是一种直径在微米或亚微米量级的光纤波导,其具有大比例倏逝光场,可以直接与外界环境发生相互作用,因此成为高灵敏痕量生化检测的优良平台。为了进一步提升微纳光纤生化传感器的灵敏度,对其表面进行功能化处理是一种常用的技术手段。近年来,微纳光纤与新型功能材料相结合的高灵敏传感技术成为痕量生化检测领域的研究热点。本论文针对小型化痕量生化检测需求,设计了基于单根微纳光纤模式干涉的传感结构,研究了微纳光纤模式干涉仪的折射率传感模型及灵敏度提升方法,进一步提出了基于微纳光纤表面功能材料修饰的折射率传感增敏机制,并开展了盐度、血红蛋白等生化物质的检测实验。主要的研究内容包括以下几个方面:（1）基于光纤波导理论,利用Comsol Multiphysics软件建立微纳光纤波导模型,通过数值仿真全面分析了光纤模场分布、倏逝场比例随光纤直径和外界折射率的变化规律,为高灵敏生化传感器的设计提供理论支持。同时,对微纳光纤的制备方法进行了深入探讨和研究。（2）基于多模微纳光纤的模式分布特点,提出了一种基于单根微纳光纤的在线式干涉仪;理论研究了微纳光纤模式干涉仪中色散转折点对其折射率传感特性的提升作用;进一步,提出基于表面功能材料修饰微纳光纤的折射率传感增敏机制,通过仿真分析创新性地发现修饰层能够产生新的色散转折点——人造色散转折点,以及涂层折射率和厚度对色散转折点的调控作用,对于构建超高灵敏生化传感器具有重要意义。（3）基于单根多模微纳光纤模式干涉仪的传感理论,开展了高灵敏折射率传感实验研究。采用微流控技术对微纳光纤传感器进行封装,以提升传感器的稳定性并实现实验试剂用量的精准控制。搭建实验系统,通过追踪干涉谱波长漂移,测试了1.333-1.34折射率范围内的响应。实验结果表明,微纳光纤模式干涉仪的折射率灵敏度可以达到2215.05 nm/RIU。进一步,通过水体盐度探测验证其用于生化检测的可行性,实验中对Na Cl溶液中盐度检测的灵敏度达到3.99nm/%。（4）针对超低浓度血红蛋白检测需求,提出了基于氧化石墨烯表面修饰的高灵敏微纳光纤传感器,并理论分析了其传感性能。实验中通过化学结合和物理吸附的方法将氧化石墨烯修饰到微纳光纤表面,制备了尺寸仅为7μm×6.5mm的微纳光纤血红蛋白传感器样品;开展了0-1mg/ml浓度范围的血红蛋白检测实验,实现了6.02nm/（mg/m L）的超高检测灵敏度,其检测极限可达0.17μg/m L,响应时间小于1分钟。