荧光检测器作为核酸荧光检测系统中的关键部分，主要是基于光电效应将荧光信号转化为电信号的器件。

目前常用荧光信号检测的光电转换器件主要有光电倍增管( Photomultiplier tube，PMT )、光电二极管 ( Photodiode，PD )、电荷耦合器件 ( Charge coupled device，CCD )。 

光学检测的主要光路结构有斜射式、正交式及透射式，如图 １ 所示，其中，

(1) 斜射式：光路结构中激发光路与荧光发射光路夹角小于 90 度。这种光路结构比较简单，但是由于激发光入射角对荧光发射光斑的形状及大小有很大影响，因此造成各光学器件间调节复杂。

(2) 正交式：这种结构中激发光路和荧光发射光路角度为 90 度时，由于正交光路中激发光与荧光发射光的正交关系，能够有效减小激发光进入荧光发射光路，提高了系统的信噪比。

(3) 透射式：光路结构的激发光路与荧光接收光路在一条直线上。这种结构其激发效率高，但荧光信号中混入的激发光较多，使得信噪比大大降低。

图 1

光电倍增管（PMT）是可以将微弱荧光信号转换成电信号并进行放大的真空电子器件。其工作原理为：当光阴极接收到荧光信号时向真空中发射出光电子，进入多个串联的倍增系统，倍增后的电子从阳极被收集以光电流方式输出。

PMT 具有极高灵敏度，通常放大倍数可达   。另外 PMT 还具有相应快速(  )、高信噪比等优点。

图 2

虽然 PMT 具有较多优点，但是信号线性度差、体积相对较大、价格昂贵的缺点限制了其在便携式核酸检测系统中的应用。虽然可以通过单个 PMT 对各个通道扫描实现多通道检测，但是增加了需要移动的机械装置，不利于仪器集成化。

光电二极管（PD）是可将荧光信号转换为电信号的半导体器件，与普通半导体二极管类似，其核心为 PN 结，但该 PN 结具有光敏特性。在反相电压作用下，无外界光照时 PN结处于截止状态，电流非常微弱称之为暗电流；有荧光信号时，反向电流随之增大，可达几十微安，称之为光电流。荧光信号越强，光电流也越大。

图 3

光电二极管与 PMT 相比，虽然感光面积小、内部通常无增益或增益较小（雪崩光电管的增益一般为 100-1000）导致灵敏度相对低，但其具有信号响应线性度良好、量子效率高、响应频率宽、外形小巧、价格实惠等优点，因而越来越多的被应用于荧光检测仪器中，尤其是便携式设备中。 

电荷耦合器件（CCD）是可将荧光信号输出为数字信号的图像传感器，其内部具有光电转换作用的半导体器件，原理与 PD 一样，输出信号与荧光信号强度及曝光时间成正比。

CCD 通常可用于 350-1000 nm 波段的光学信号检测，从功能上分为线阵 CCD 和面阵 CCD 两大类。

其优点为检测精度高、光谱响应宽、量子效率高等，因此有学者将 CCD 图像传感器作为荧光生物传感器的检测器。

图 4

但 CCD 对光强分辨率低、背景信号高，同时内部由于热激励载流子产生暗电流，在温度较高的环境中，暗电流较大难以区分背景信号和荧光信号，从而影响检测精度。 

目前在实验室内使用的商业化 PCR 仪通常采用灵敏度较高的PMT 作为荧光信号检测器，而便携式设备中通常采用小巧实惠的 PD 作为检测器。

参考文献

农 产 品 病 原 体 的 核酸快速 扩增 和 荧 光检 测 系 统研究

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