近年来,基因组学、蛋白质组学、系统生物学等基础研究迅速发展,临床疾病诊断、药物筛选、免疫学等实际应用方面需求增多,体内测定、细胞内测定、单分子分析、在线测定等高难度需求挑战增强。受以上因素驱动,高通量光学生物传感器成为热门研究领域。反射率差分调制型光学生物传感器是一种高通量的光学生物传感器,本文从以下方面对其展开了研究:首先,总结常用的光学生物传感器检测系统特征,分析高通量光学生物传感领域的发展趋势和实际需求,针对反射率差分调制型生物传感器的特点,兼顾通用性和普适性,提出本文的检测系统设计方案。其次,编写程序实现了对检测系统中光源控制系统和相机控制系统及数据存储过程各项参数的精确控制,并测试评估了相关硬件的性能特点。提高了传感器数据采集的效率和可控性,为开展实验提供了硬件基础。再次,针对本系统所采集图像的特点,研究了常用的图像复原、图像分割和图像提取算法在本系统中的适用性,针对图像中存在的脉冲(椒盐)噪声和高斯噪声,选择了自适应中值/维纳滤波作为图像复原的方案;对比分析了常用的边缘检测算子对本系统图像边缘提取的效果;考虑到高通量生物传感中普遍存在的光照条件不均匀、目标/背景值较低等不利条件,采用了图像分块结合边缘检测增强的大津阈值分割(Otsu)方法进行图像分割;对于分割后的二值化图像,选择了连通区域标记法进行目标提取,完成了图像处理系统的设计。最后,开展了系统标定和应用研究,设计并改进了换能器厚度标定方案,避免了换能器制作工艺、环境温度、光照条件变化等情况带来的影响,得到了369 nm SiO2膜层附近的工作曲线;通过人免疫球蛋白G(人IgG)与兔抗人免疫球蛋白G(兔抗人IgG)之间的免疫反应实验,测试不同浓度的兔抗人IgG样品引起的反射率变化值,反推不同浓度样品结合表面探针分子所形成的生物膜层的光学厚度;通过椭圆偏振方法测试,检验了实验效果。实验结果表明:本系统单次可对288个样点进行传感和数据处理、分析;对于不同浓度的兔抗人IgG样品,基于红绿差分的方法得出的反射率变化值?R与浓度D之间存在正相关性;样品浓度在10μg/m L到120μg/mL之间时,检测信号与浓度之间的关系呈近似对数曲线,对于更低和更高的浓度,还有待进一步研究。