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恒温荧光PCR检测仪的荧光信号识别技术有哪些?

发表时间:2025-10-13

恒温荧光PCR检测仪的荧光信号识别技术是其核心技术,主要涉及光源激发、光路传导、信号探测以及数据处理等多个方面,以下是详细介绍:

一、激发光源技术

LED光源:主流恒温荧光PCR检测仪多采用发光二极管(LED)作为激发光源。LED具有波长单一、能量稳定、寿命长且功耗低的特点,可针对不同荧光染料匹配特定波长,如490nm对应FAM染料,530nm对应VIC染料等,避免非特异性激发导致的背景荧光干扰。部分高端设备会集成多波长LED阵列,通过快速切换不同波长光源,支持多重检测,可同时检测多个靶标。

激光光源:虽然不如LED光源应用广泛,但激光光源具有高亮度、高单色性和高方向性等优点,能够提供更稳定和高强度的激发光,适用于一些对灵敏度和分辨率要求极高的检测场景。

二、光路传导与滤光技术

光路传导设计:在恒温荧光PCR检测仪中,光路传导系统负责将激发光准确地引导到反应样品上,并将产生的荧光信号收集到探测器中。为了减少光信号的损失和干扰,光路通常采用高质量的光学纤维或透镜进行设计。一些设备采用“顶读”设计,从反应孔顶部采光,可减少孔壁反射光的干扰;“侧读”设计则适用于深孔板,通过避免液面反光提升信号稳定性。

滤光技术:荧光信号中可能混杂未被吸收的激发光或其他波长的杂散光,需通过滤光片组合进行分离。激发滤光片用于筛选特定波长的激发光,发射滤光片则仅允许荧光染料的特征发射光通过,二者配合实现“激发-发射”波长的精准匹配,很大限度排除背景干扰。对于多重检测,会采用可切换的滤光片轮或光栅,快速切换不同波长组合,实现对多个荧光信号的分别采集。

三、信号探测技术

光电倍增管(PMT):PMT具有极高的光电转换效率和信噪比,能捕捉微弱荧光信号,适合单通道或少量通道检测。它可以将荧光光子转换为电信号,并通过多级放大,实现单分子级灵敏度,可检测单光子事件。

电荷耦合器件(CCD):CCD 为面阵探测器,可同时采集多孔信号,如96孔板的所有孔,检测速度更快,且一致性更好,尤其适用于高通量检测场景。它能够将荧光信号转换为电信号,并通过内部的电路系统进行处理和传输。

硅光电倍增管(SiPMT):SiPMT采用多通道微元结构,可将微弱荧光信号放大为可检测电信号,实现1个拷贝的检测限,适用于痕量病原体或低丰度基因的精准筛查。相比传统PMTSiPMT30-80℃工作环境下仍保持低暗电流特性,结合线性分时扫描技术,使荧光信号的信噪比显著提升,单基因检测中可分辨1.33倍的表达差异。此外,SiPMT支持跨越10个数量级的浓度范围,无需调整样本浓度即可覆盖绝大多数检测场景,减少操作步骤。

雪崩光电二极管(APD):APD具有较高的灵敏度和响应速度,能够快速地将荧光信号转换为电信号。它在单光子检测和高速信号采集方面具有一定的优势,常用于一些对检测速度和灵敏度要求较高的恒温荧光PCR检测仪中。

四、信号处理与分析技术

模数转换(ADC):探测器输出的电信号通常为模拟信号,需要通过模数转换器(ADC)将其转换为数字信号,以便计算机进行处理和分析。ADC的分辨率和转换速度对荧光信号的准确性和检测速度有重要影响。

基线校正与噪声消除:在荧光信号检测过程中,可能会受到基线漂移和随机噪声的影响,因此需要通过算法对信号进行处理。基线校正可以消除初始循环的背景信号,随机噪声消除算法可以去除电子干扰等因素导致的噪声,从而提高信号的质量和稳定性。

荧光强度计算与扩增曲线生成:通过对数字信号的处理,实时计算荧光强度,并将荧光强度与循环数关联,生成扩增曲线。扩增曲线是恒温荧光PCR检测结果的重要可视化表现形式,通过分析扩增曲线的形状、斜率和阈值循环数(Ct值)等参数,可以判断样本中是否存在目标核酸以及目标核酸的含量。

数据分析与结果判读:仪器内置的软件平台会对荧光信号进行进一步的分析,包括基线校正、阈值设定及标准曲线拟合等,将荧光信号转换为目标核酸的初始拷贝数,例如,在病毒载量检测中,通过已知浓度的标准品生成标准曲线,未知样本的Ct值即可通过线性回归方程计算得出绝对浓度。

本文来源于深圳市芬析仪器制造有限公司http://www.csy68.com/

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