荧光相关光谱（Fluorescence Correlation Spectroscopy，FCS）是近年来得到广泛应用的一种单分子光学检测技术。FCS原理是基于在高聚焦的激光束下溶液中荧光分子或纳米级的荧光探针由于布朗运动或者化学反应而不停地进出检测微区（检测体积小于10-15 L）产生荧光信号的涨落。通过自相关函数分析可以得到荧光探针的流体力学参数，包括平动扩散系数、转动扩散系数、浓度等。目前，FCS在生物免疫分析、细胞原位分析以及细胞癌变的早期诊断等生物医学领域得到了较为广泛的应用。然而，FCS在生物领域的应用中也遇到了某些亟待解决的问题。首先，传统的荧光探针在光学性质上存在缺陷。荧光染料在高光强长时间照射下存在光漂白的现象，量子点存在荧光闪烁现象。这些光学性质上的缺陷制约了FCS的检测时间长度和检测结果的准确性。其次，生物相容性与毒性阻碍了传统荧光探针在生物体上的进一步应用。　　贵金属纳米粒子如金纳米粒子具有很强的吸收和散射光学特性、优良光学稳定性和生物相容性，是一种优良的光学探针，目前被广泛地应用于化学分析、生物分析和成像等领域。我们在FCS实验中观察到在高聚焦的激光束下，溶液中单个金纳米粒子由于布朗运动不停的进出检测微区，在微区内产生共振散射光信号的涨落。与FCS相同，通过自相关函数分析可以得到纳米粒子的流体力学参数。我们将该方法称为共振光散射相关光谱（Resonance Light Scattering Correlation Spectroscopy，RLSCS）。目前该方法已用于免疫分析和DNA杂交检测。由于金属纳米粒子体积、形貌以及光学特性不同于荧光染料分子，因此激光与纳米粒子的相互作用、金属纳米粒子（非球形）光学各向异性等对纳米粒子的扩散行为产生一定影响，FCS的理论模型不能直接用于RLSCS实验。本论文旨在基于FCS的理论，建立RLSCS理论模型和实验方法，将其用于金属纳米粒子的扩散行为的研究、粒子粒径大小和粒径分布的测定。主要的工作包括如下几个方面：　　（1）RLSCS理论模型的构建。根据FCS理论和各向异性的金属纳米粒子的光学特点和扩散行为，建立了RLSCS理论模型。该模型可提供纳米粒子的平动扩散系数、转动扩散系数和长径比等流体力学参数。我们合成了化学性质稳定、尺寸均匀的金纳米棒（Gold Nanorods，GNRs）。以商品化的金属纳米球（Gold Nanoparticles，GNPs）和GNRs为模型样品，系统地研究了入射光波长、溶液粘度对纳米粒子平动和转动扩散行为的影响。发现当入射光波长处于金纳米探针的最大共振区域（610~650 nm）时，才会获得金纳米粒子的转动扩散系数和长径比信息。RLSCS方法成功地用于GNPs和GNRs平动、转动扩散系数和长径比的研究，其结果与透射电镜方法以及流体力学模型计算的结果相吻合。最后，将RLSCS技术用于均相免疫分析研究，监测了均相夹心免疫反应过程。实验结果与推测机理相吻合，表明了RLSCS方法在生物应用方面的潜力。　　（2）纳米粒子粒径分布共振光相关光谱模型的构建。将最大熵法（Maximum Entropy Method，MEM）与RLSCS结合，建立了纳米粒子粒径分布模型。在MEM-FCS理论的基础上，通过Mie理论消除了不同的单颗粒亮度对MEM拟合带来的影响。以蒙特卡洛模拟方法（Monte Carlo Simulation）作为模拟金纳米探针的扩散模型，使用Matlab编程实现了MEM-RLSCS单种类GNPs和双种类GNPs的粒径分布计算过程的模拟。系统地研究了两种GNPs的粒径比例、浓度比例和单颗粒亮度对粒径分布计算的影响，并从模拟和实验两个方面分别研究了MEM-RLSCS系统的灵敏度和可靠性。将 MEM-RLSCS应用于双种类混合的GNPs溶液中，实现了MEM-RLSCS的双种类GNPs的测量，其结果与透射电镜方法基本吻合。　　（3）RLSCS中光阱力的影响及其校正方法。金纳米粒子具有良好的光学性质，它在提供了高强度的散射光信号的同时，也受到了 RLSCS激光共聚焦空间形成的光阱效应的影响。在RLSCS系统中，光阱力阻碍了金纳米探针在检测空间里的运动，成为影响 RLSCS系统测量精度的主要因素。我们从GNPs的扩散方程出发，通过Mie理论研究共振光与金纳米探针之间的相互作用和对扩散速度的影响。理论研究结果表明 RLSCS测量的直径的偏离程度与共振入射光的光强成正比。实验中，我们系统研究了不同入射光强下检测体积的稳定性，并选择了不同粒径的GNPs在不同光强下进行RLSCS测量。测量结果通过外推法消除了光阱力给RLSCS测量的粒径大小带来的影响。减小了RLSCS的系统误差，提高了RLSCS方法的准确度。