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实现癌症标志物的超低浓度检测对癌症的早期筛查、诊断起着关键作用,将大大降低癌症的发病率及死亡率。微纳光纤耦合器作为一种非常有吸引力的高灵敏度光学生物传感结构,为实现临床癌症标志物的高灵敏度无标定量检测提供了一个有潜力的平台。一方面,微纳光纤耦合器在批量制备方面存在着重复性差问题。另一方面,在对血清环境下癌症标志物的无标定量检测存在非特异性吸附及人血清个体差异性的问题。本论文针对以上问题,对微纳光纤耦合器重复性制备、微纳光纤色散转折点的超高灵敏度特性、血清环境下特异性无标生物传感以及无标定量检测进行深入的理论和实验研究。主要研究内容如下:（1）针对微纳光纤包层-外界环境双层结构研究外界环境折射率对微纳光纤模式传输的影响;研究了非绝热光纤的模式耦合现象及其高阶模式与基模耦合产生色散转折点的机理;对强熔融状态的微纳光纤耦合器的模型及基于微纳光纤耦合器的色散转折点现象进行理论研究。（2）针对微纳光纤耦合器重复性差问题,提出结合熔融拉伸和腐蚀的复合加工方法。实时在线监测微纳光纤耦合器的输出光谱曲线以精确控制色散转折点的位置,进而控制光纤的直径。通过制备色散转折点位置一致的光纤耦合器解决其重复性问题。利用色散转折点位于1300 nm附近的微纳光纤耦合器,可实现磷酸缓冲盐溶液（PBS）中2 pg/m L癌胚抗原CEA的检测。（3）针对癌症标志物检测对高灵敏度传感的要求,研究了两种基于模式耦合的具备色散转折点的微纳光纤结构的超高灵敏度现象。利用具备色散转折点的微纳光纤耦合器实现PBS缓冲液中超低浓度（2 fg/m L）心肌肌钙蛋白I（c Tn I）的检测;提出并研究了一种满足色散转折点条件的单根S锥形微纳光纤结构。基于非对称结构,次高阶模(LP11)首先被激发,当满足相位匹配条件时,LP01和LP11模式发生干涉。当二者的群有效折射率差为0时,出现色散转折点。利用其色散转折点超高灵敏度特性,实现外部环境折射率为1.33300附近的超高折射率灵敏度检测,为1.46×105±0.09×105nm/RIU。（4）针对血清环境下微纳光纤耦合器无标免疫传感存在的非特异性吸附问题,采取血清预吸附的方法,并对其进行优化。研究考察了胎牛血清和人血清两种不同的血清的抗吸附能力。实现微纳光纤耦合器在血清环境中癌症标志物高灵敏度、宽动态范围、特异性无标检测。（5）针对人血清个体差异的问题,提出一种基于微纳光纤耦合器生物传感器的无标免疫定量检测方法,以标准血清的波长偏移为参考以减少人血清个体差异的影响。研究不同浓度的标准血清对校正人血清个体差异的影响以及微纳光纤耦合器的解离再生情况。对不同癌症病人的血清样本中CEA浓度进行定量检测,检测结果与临床检查具有良好的一致性,进一步推进微纳光纤耦合器生物传感器实用化。