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光学表面等离子体共振(Surface plasmon resonance, SPR)生物传感技术是一种快速高效的生物敏感检测方法,具有免标记、非破坏、实时在线检测等特点,目前已经在食品安全分析、环境保护、临床医学、药物研究以及农业等方面得到广泛的应用。在生物分子相互作用过程中,光学SPR生物传感器能够实时监测生物分子间的反应速度和亲和力,对蛋白质功能分析、药物开发、基因组学和蛋白质组学的研究提供强有力的支持。光学SPR生物传感器能够实时在线监测抗原与抗体(配体与受体)之间的结合与解离过程,根据监测获得的结合与解离曲线对样品中耦联到生物敏感膜上的生物分子进行定量分析,通过曲线拟合计算得到生物分子相互作用的动力学数据和亲合力常数,对于研究生物分子相互作用的动力学过程具有重大意义。本论文介绍了一种新颖的可控CCD光学SPR生物分析仪的设计方案,成功构建了一个可控CCD光学SPR生物分析仪的检测机构；介绍了可控CCD光学SPR生物分析仪的结构组成、光电信号检测和数据处理算法。通过直流电机驱动一字线激光器在导轨上做变速往复运动,完成对蒸镀在棱镜端面的金膜角度扫描。通过计算分析SPR生物传感器的灵敏度,采用直角棱镜结构代替传统的等边三角棱镜结构,既便于安装与调节,又避免了对入射光线的角度干涉的限制。采用霍尔传感器A44E检测一字线激光器的位移信号,然后传输给单片机STC89C51进行计数,利用Keil C软件对单片机STC89C51进行编程,通过中断信号控制面阵CCD图像数据的采集,实时记录采集图像的时间、位置等信息。利用限幅滤波、中值滤波和基于动态基线一阶矩算法等方法对采集得到的图像数据进行处理,以获得光学SPR共振最低点。采用体积分数为10%、25%、30%、40%、50%和60%的乙醇溶液对可控CCD光学SPR生物分析仪的性能进行实验验证,获得光学SPR共振像素位点与乙醇体积分数之间的对应关系曲线。结果表明：可控CCD光学SPR生物分析仪在检测乙醇溶液的体积分数上具有很好的线性关系与较高的灵敏度,相关系数为0.9988,灵敏度可达845.60(共振像素位点/乙醇体积分数)。本论文提出了一种新颖的基于Gauss-Newton算法的Marquardt算法对生物分子相互作用的动力学数据进行分析。首先建立生物分子相互作用的准一级动力学方程,然后对乙型肝炎表面抗原与抗体分子的相互作用数据由自制的生物分析仪获得,最后使用准一级动力学模型的Marquardt算法对实验结果进行非线性拟合,从而获得抗原与抗体分子相互作用的结合和解离常数,结果表明Marquardt算法不但能够有效降低对初始值的依赖性,也大大降低了迭代次数。对可控CCD光学SPR生物分析仪的研究,适应了生物分析仪便携化的发展要求,不仅解决了一字线激光器角度扫描式光学SPR生物分析仪中面阵CCD的采集频率与激光器速率不匹配而产生拖影现象,而且解决了采集图像数据量过大造成面阵CCD采集停滞现象的发生,大大提高了检测效率与测试精度。随着面阵CCD技术的不断创新且广泛应用于快速检测,面阵CCD图像采集可以方便地满足多通道及多种物质检测的要求,因此可控CCD光学SPR生物分析仪具备广阔的发展前景。