20世纪中期以来,生物信息学迅猛发展,各类生物医学问题成为研究的热点,生物传感技术也随之得到发展。其中,基于倾斜光纤光栅的表面等离子体共振(TFBG-SPR)传感器是一种利用金属薄膜的表面等离子体共振原理,以倾斜光纤光栅作为导光介质的光学传感器。TFBG-SPR技术因具有检测过程方便迅速、无需标记、实时监测、精度高等特点而在生物传感领域得到广泛应用。本文介绍了SPR技术及其应用,同时介绍了近年来光纤SPR生物传感器的发展,提出了基于倾斜光纤光栅SPR的生物传感器。首先,根据耦合模理论解释TFBG模式的耦合原理,并且重点研究其包层模的偏振特性,以及对外界折射率变化的响应。其次,介绍TFBG包层模波矢和SPW波矢相位匹配条件以及色散关系,从理论上阐述金属层厚度对SPR效应的影响,得出Ag金属层可以同时使包层模的倏逝场透过金属层耦合到外界并以辐射模的形式存在,又可以和SPW波耦合形成SPR共振损耗峰。基于上述理论研究与器件制作基础,开展了如下两部分生物医学传感研究:(1)药物干预细胞非生理性密度变化检测:不同于传统的生物医学方法,本文根据不同细胞密度表面对光散射不同,提出一种基于TFBG包层模正交偏振差分法来监测其密度变化,利用TFBG截止模附近第一个包层模的两个偏振态的差分来探测不同密度细胞附着光纤表面后面折射率的变化,用此来定量标定分别用0、8、16μg/m L的维甲酸干预人类急性白血病细胞株(K562)在48 hr后其细胞密度变化的趋势,灵敏度达到1.4×104 d B/RIU,探测灵敏度为2×10-5 RIU,得出干预药物浓度越大,面折射率越小,其细胞密度越小,从而验证DANCE猜想。(2)尿液中水通道蛋白含量检测:健康大鼠尾静脉注射阿霉素后其肾脏AQP2表达上升,尿液中AQP2排出量也增加,给大鼠服用真武汤剂后观测其尿液中AQP2的含量,并以此来监测大鼠的恢复情况。区别于传统生物检测方法,本文提出一种基于超薄纳米镀膜TFBG-SPR传感器进行实时监测的方法,利用纤维连接蛋白将尿液中蛋白质全部吸附到传感器表面,传感器面折射率因排出蛋白量的变化而变化,其中截止模和SPR包层模都对折射率敏感,其幅度可标定折射率变化,测量灵敏度可达到8098.3 d B/RIU。通过BCA法和ELISA法的验证,随着真武汤剂量的增加,其总蛋白含量除了AQP2的含量减少其它蛋白含量保持稳定,因此可用尿液中总蛋白质含量面折射率的变化来定性说明AQP2的变化。