近年来,表面等离激元共振（Surface Plasmon Resonance,SPR）传感器因其灵敏度高、响应速度快、无需标记等优点而受到人们的广泛关注,是目前检测生物和化学分析物表面生物亲和吸附的理想方法之一。束缚在金属/介质分界面周围的表面等离激元波对倏逝场内的介质折射率变化非常敏感,可用于检测与折射率有关的物理及化学参量。目前,传统表面等离激元传感技术在检测低浓度生物分子分析物时存在灵敏度技术瓶颈,大部分表面等离激元生物传感器检测限无法达到早期疾病诊断水平。因此,研究新型高灵敏度免标记表面等离激元传感技术具有重要意义。本文以提高表面等离激元传感灵敏度和降低生物分子检测限为目标,围绕近红外SPR传感技术及其生化传感应用展开研究。从表面等离激元传感基本理论出发,探究了近红外光激发SPR效应的基本特性,设计并制备了多功能生化传感芯片。并利用近红外SPR传感检测平台监测了多种超低浓度生物分子特异性结合过程。该工作解决了困扰当前表面等离激元传感器无法实现低浓度生物分子检测的技术难题。论文的主要研究内容如下:1.采用近红外光激发SPR效应实现传感灵敏度的增强,从Maxwell方程组出发验证其高折射率灵敏度特性。通过对近红外SPR光谱特性及电场分布特性进行理论分析,发现相比于传统可见光SPR传感器,近红外光在小入射角下激发SPR效应可以产生更大的表面等离激元波衰减深度和更强的局域电场强度,因此具有更高的折射率灵敏度。成功搭建了近红外SPR传感平台并验证了其可行性,实验结果与理论结果相吻合,波长灵敏度较传统棱镜耦合可见光SPR传感器提高1个数量级。2.提出和实现了金/银双通道自补偿近红外SPR传感方案,克服交叉敏感问题并提高了检测精度,从而降低传感检测限。实验中采用双通道方法成功消除了非特异性吸附带来的干扰信号,并通过合成氧化石墨烯-金纳米球偶联物在传感表面形成三明治检测结构增强了检测信号。该传感系统获得了 DNA分子fM量级的计算检测限,并成功实现了复杂血清混合样本中DNA分子的检测。该SPR传感方法对各类生物分子的超低检测限具有良好的潜力。3.设计和研制了基于连续型金覆盖纳米三角阵列传感结构的近红外表面等离激元传感系统,同时实现了体折射率灵敏度和表面灵敏度的增强,进一步突破了表面等离激元传感器在生物传感领域的测量瓶颈。利用金纳米球和纳米三角阵列的等离激元耦合作用激发强局域场,成功提高了生物分子特异性结合的检测能力。将该方法用于检测DNA分子杂交过程,计算检测限约为1.2 aM,达到传统荧光标记法的检测水平。最后,对全文工作进行总结,并对未来研究方向进行了分析和展望。今后将在金属材料等离激元特性、纳米结构生物传感检测及系统集成化方面开展进一步的研究工作。