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细胞浓度能直接反映人体组织和器官的健康状态。折射率检测法具有免标记、实时、高空间分辨率性等优点。基于共振光隧穿效应的生物传感器具有折射率敏感特性,能实现细胞浓度的高精度检测,准确反映病理的发展与预后,满足当前生物医学的需要。本文结合国内外细胞浓度传感器的研究现状,阐述了经典折射率检测法（包括LSPR、TFBG、光纤FP腔）下细胞浓度检测技术的发展状况,并比较了其各自优劣势。重点介绍了基于共振光隧穿效应的应用与发展。首先,本文基于传输矩阵法（TMM）对多层介质系统的传感机理进行了数学公式推导。通过数学分析软件Mathematica,对ROTE五层敏感结构进行了进行仿真分析。验证了该结构具有折射率敏感特性,并表征了该传感器结构Q值与折射率灵敏度。重点分析了材料吸收对传感器Q值的影响。然后,依据仿真结果,设计并制备了ROTE传感单元,并详细介绍了该传感单元的材料选取、折射率分布、尺寸设计以及旋涂法制备工艺。基于ROTE传感单元的折射率敏感特性,设计了细胞浓度检测方案,完成了细胞浓度实验测试平台的搭建。最后,本文提出基于ROTE结构的过饱和检测方法。使用该方法以聚苯乙烯小球溶液为分析物表征了该传感器性能,其中品质因数约为4,000,灵敏度达19,000nm/RIU,等效折射率分辨率为10-5RIU。将ROTE传感器成功应用于肝癌细胞浓度检测,并且表现出极高的传感性能,其中细胞浓度灵敏度和分辨率分别为3.15 nm/（amol/ml）和4×104cells/ml。与其它光学检测方法相比较,该传感器性能更为卓越,其中灵敏度和品质因素（Figure of Merit,FOM）分别提升了40和20倍。ROTE传感器作为一种有力的分析仪器在生物医学应用如药物发现、细胞生理病理研究和医学诊断等多方面具有极大的潜力。