多孔硅光学生物传感器的研究一直是多孔硅应用研究的热点。如何提高多孔硅传感器的检测灵敏度是研究者非常关心的问题。本文通过设计新结构、应用新检测方法和利用生物标记传感的方法来改进多孔硅传感器的灵敏度。本文主要研究基于多孔硅一维光子晶体结构的光学生物传感器。制备了新的多孔硅光栅与光子晶体复合结构并用于DNA浓度的检测。利用多孔硅光栅各级衍射光的角度分辨衍射谱进行多孔硅光学生物传感。研究了量子点标记DNA的方法来提高多孔硅光子晶体结构检测DNA生物分子的灵敏度。把多孔硅作为表面增强拉曼散射的基底材料,制备和优化了多孔硅/银复合结构。主要的工作内容及结论如下:1.用一种简便的方法制备了衍射光栅和一维光子晶体复合的全多孔硅光栅结构传感器件。测量了光栅各级衍射光在不同入射角时的衍射效率,得到了角度分辨的衍射效率谱。分别用理论和实验研究了这种多孔硅复合结构光学器件的2级和3级衍射光光强与入射角变化的关系。该结构的衍射效率谱对其与生物分子偶联时引起的折射率变化非常敏感。在检测8个碱基的抗冻蛋白DNA片段杂交时,检测极限达到了41.7n M。这是一种灵敏度高,制作方法简便,成本低廉的生物传感器。同时利用角度分辨的衍射效率谱进行生物检测未见报道。2.理论分析了用严格耦合波分析法求解一般光栅的衍射效率问题。数值模拟分析了影响表面浮雕矩形光栅衍射效率的因素与利用角度分辨衍射谱进行生物分子检测的可行性。实验制备了多孔硅双光栅和多光栅,测量了其角度分辨衍射谱。研究了多孔硅光栅在氧化与硅烷化后0级和-1级衍射的角度分辨衍射谱。结果表明多孔硅多层光栅的角度分辨衍射谱干涉峰较多且衍射效率有较大提高,但在功能化过程中干涉峰的移动没有明显规律。而多孔硅双层光栅结构的角度谱呈现了两个较宽的干涉峰,峰的移动有一定的规律性。在硅烷化检测APTES小分子时,干涉峰移动了11度。多孔硅双层光栅新结构在检测化学小分子的表现为其应用于生物分子检测并期望高灵敏度生物传感打下了基础。3.用不添加氧化剂的HF腐蚀液在无光照条件下电化学腐蚀制备了n型大孔的多孔硅光子晶体结构。利用微腔反射谱的缺陷态位置随折射率改变而发生移动的特点,通过微腔的反射光谱检测了用Cd Se/Zn S水溶性量子点标记的DNA目标分子。利用量子点的高折射率特性,使量子点与DNA偶联达到放大目标DNA的光学响应信号的目的,提高检测的灵敏度。同时利用量子点的荧光特性检测了与其偶联的DNA分子,结合荧光检测和反射谱检测得到了基于多孔硅微腔检测量子点偶联DNA的结果。荧光检测结果表明量子点偶联DNA的荧光强度可实现较高灵敏度的DNA检测。反射谱检测实验结果表明用量子点标记DNA可以提高DNA检测灵敏度五倍以上。4.一种简便、低成本和高效的方法来制备表面增强拉曼散射(SERS)衬底。该方法通过将多孔硅直接浸渍在银溶液中,银颗粒沉积在多孔硅上从而形成高效的SERS衬底。作为目标分子的罗丹明6G,其SERS光谱受到多孔硅表面的银颗粒形态的影响。我们研究了对银粒子形态有重要影响的三个关键因素:溶液浓度,浸渍时间和多孔层厚度对SERS光谱的影响。在多孔层厚度约3μm,并在50m M Ag NO3溶液中浸泡3min的基底上观察到高效的SERS光谱。基底的SEM图像显示,在这种基底的表面上尺寸几微米的大银颗粒的间隙中存在许多尺寸为几个纳米的小银颗粒。银颗粒的这种形态和分布使得多孔硅基底具有很好的表面增强拉曼散射效果。SERS活性基底在空气中存放两周后仍然有很好的拉曼光谱增强效果。