一、酶标仪主流检测器体系综述

1.1 酶标仪工作原理与检测模式

酶标仪通常用于测量微孔板（96/384孔等）内液体样品对特定光波长的吸收、荧光或化学发光信号。其检测模式包括：

• 吸光度检测（Absorbance）：测量样品对特定波长光的吸收强度；

• 荧光检测（Fluorescence）：检测被激发后发出的荧光信号；

• 化学发光检测（Luminescence）：监测化学反应产生的弱光信号；

• 时间分辨荧光（TRF）、发光共振能量转移（FRET）、高内涵成像等多模式。

实现这些检测，必须将微弱的光信号高效转化为可读电信号，检测器由此成为酶标仪核心。

1.2 传统主流检测器类型

• 光电倍增管（PMT）：高灵敏度、低噪声、宽动态范围，广泛用于荧光和化学发光检测。

• 硅光电二极管：结构简单，响应速度快，主要用于吸光度检测。

• 标准CCD：可成像、适合高通量，常用于成像型酶标仪或多通道读板系统。

1.3 新兴检测器类型

• EMCCD：基于CCD，增加电子倍增功能，超高灵敏度，适合极低信号检测。

• CMOS：近年发展迅猛，集成度高、速度快、成本低，已成为成像系统和部分多模式酶标仪的可选项。

二、EMCCD与CMOS的技术原理与性能分析

2.1 EMCCD（Electron Multiplying CCD）原理

EMCCD在标准CCD的基础上，加入电子倍增寄存器，利用“增益放大”机制，大幅提升对单光子级信号的检测能力。其原理如下：

• 光信号经像元收集转为电荷；

• 在电子倍增寄存器中，经高压加速碰撞产生多级电荷，放大信号强度；

• 最终实现对极低光子流（弱发光、单分子荧光等）的检测，信噪比极高。

主要优势：

• 超高灵敏度（可检测到单个光子）

• 极低噪声（低暗电流、低读出噪声）

• 适合超低光、单分子成像、化学发光等极端弱信号场景

典型缺点：

• 成本极高（价格远超CMOS和PMT）

• 需要冷却（液氮或半导体制冷），维护复杂

• 增益过程带来乘性噪声（特有）

• 读出速度受限，不适于极高通量实时成像

2.2 CMOS检测器原理

CMOS采用每个像素单独集成放大、模数转换等功能，实现光信号到数字信号的并行转换。其结构特点：

• 每个像元自带放大、开关和读出电路

• 集成度高、可设计大规模阵列

• 响应速度极快、耗电低

主要优势：

• 成本低廉，产能高

• 噪声、暗电流水平已逼近甚至优于传统CCD

• 读出速度极快，适合高通量快速成像

• 体积小巧、能耗低、集成灵活（可内嵌数据处理单元）

• 可实现全孔板成像、动态分析

主要劣势：

• 低端型号早期信噪比低于PMT与高端CCD

• 部分极低信号检测场景下灵敏度有限（最新高端科学CMOS已基本解决）

• 易受像素间不均一性影响，需复杂算法校正

三、产业现状与可选性分析

3.1 传统酶标仪检测器配置

目前主流的吸光度和常规荧光酶标仪，大多采用光电二极管或PMT作为检测器，部分成像型或多模式平台采用CCD/CMOS。

• PMT：高端多模式、荧光/发光专用

• CCD/CMOS：多通道快速检测或高内涵成像

3.2 EMCCD与CMOS在酶标仪中的实际应用现状

（1）EMCCD在酶标仪领域

• 少量高端特种酶标仪或成像平台采用EMCCD，多用于极低信号（如超微量化学发光、单分子酶动力学、超高灵敏生物发光等），如Berthold、Molecular Devices、PerkinElmer等品牌的部分旗舰型号。

• 一般作为高端定制选配，非标准配置。

• 因EMCCD价格极高、系统集成难度大、运维复杂，绝大多数标准酶标仪不标配EMCCD，也极少以用户可选项的形式直接对外销售。

（2）CMOS在酶标仪领域

• 新一代多模式、高通量、高内涵酶标仪/读板机越来越多地选用高灵敏科学级CMOS（sCMOS）作为检测器，尤其在成像型酶标仪、动态多孔板分析、快速筛选平台中极为普遍。

• 部分国际品牌（如Tecan、Molecular Devices、BioTek、PerkinElmer等）高端型号支持CMOS检测器作为选配，甚至已转为主流配置。

• 普通吸光度/荧光/发光型酶标仪（非成像/非高通量）则多仍采用传统PMT/光电二极管。

3.3 是否“可选”？——技术与商务角度的现实

• EMCCD：
  原则上，极少标准酶标仪将EMCCD列为常规选配件，只有部分高端定制仪器或特殊科研需求才会集成，用户可向厂家提出定制需求（customization on demand）。
  一般科研、临床、日常药筛应用“不可选”，极端灵敏度场景可通过与厂家协商定制选型。

• CMOS：
  越来越多高端或成像型酶标仪支持CMOS或sCMOS检测器选配。许多型号（如Tecan Spark、Molecular Devices SpectraMax i3x/iD5等）可在配置清单或技术参数中直接选择“科学级CMOS”作为检测器方案，用户可根据实验需求选购。

四、实际选用EMCCD/CMOS的适用场景与实验类型

4.1 EMCCD的优势应用场景

• 极弱化学发光/生物发光检测（如超灵敏ATP、单分子发光）

• 低丰度蛋白、酶动力学研究，需单分子/单光子灵敏度

• 复杂样品的高对比度荧光检测

• 高端高内涵分析/微量生物传感，对灵敏度极限要求极高

4.2 CMOS的优势应用场景

• 多孔板全场成像分析，如细胞活力、多参数动力学

• 大规模药物筛选，需高速、批量、全孔板同步读数

• 高通量光谱扫描与动态追踪

• 多模式检测仪器（吸光/荧光/成像/光谱一体），对速度、通量和集成度要求高

• 自动化、远程控制、生信数据融合等智能化实验室

4.3 一般吸光/常规荧光/发光检测场合

• 对灵敏度和通量要求较普通的实验，如ELISA、常规核酸/蛋白定量、一般免疫分析，PMT/光电二极管完全满足需求，无需强行选用EMCCD或CMOS。

• 若有预算或未来升级需求，可关注支持“可更换检测模块”或“模块化CMOS升级”的型号。

五、国际主流品牌与型号配置参考

5.1 EMCCD配置实例

• Berthold Centro LB 960：高灵敏化学发光专用读板机，定制版可选配EMCCD，适用于超低量检测。

• PerkinElmer EnVision：旗舰高通量检测平台，部分特殊型号可选EMCCD/CCD。

• Hamamatsu、Andor等专业成像模块，通过接口适配高内涵分析平台。

5.2 CMOS配置实例

• Tecan Spark系列：可选配高灵敏sCMOS，支持吸光、荧光、发光、成像多模式一体。

• Molecular Devices SpectraMax iD5/i3x：集成高性能CMOS，支持全孔板高速检测。

• BioTek Cytation系列：融合高端CMOS成像系统与传统读板器，实现高内涵、多参数分析。

• 国产品牌（如安捷伦Agilent、瑞莱普Rayto等），高端机型正逐步引入CMOS检测器。

六、用户选型与采购建议

6.1 明确实验需求

• 若追求极致灵敏度（如化学发光下限<1 amol），可联系厂家定制EMCCD检测器，评估预算与技术可行性。

• 若关注高通量、成像与多模式、自动化，可优先考虑支持科学级CMOS的酶标仪，选择具备多模式升级空间的型号。

6.2 评估预算与运维成本

• EMCCD系统采购、运行、维护成本远高于CMOS/PMT/CCD。

• CMOS方案近年性价比突出，适合预算有限但需求高通量和成像分析的实验室。

• 日常维修与升级，CMOS维护简便，EMCCD则对环境和维护要求极高。

6.3 兼容性与扩展性

• 关注酶标仪是否支持检测器模块可更换、软件可扩展（如Tecan、Molecular Devices等品牌）。

• 需定期关注主流品牌检测器技术路线，避免采购后无法升级、软件不兼容等问题。

七、未来发展趋势

7.1 CMOS将成为多模式与成像型酶标仪主流

• 受益于半导体工艺进步，科学级CMOS在灵敏度、动态范围、速度、成像质量等多方面已接近甚至超越EMCCD/CCD。

• 成本逐步下降，技术门槛降低，未来多模式酶标仪标准配置将以CMOS为主。

7.2 EMCCD将保留在极端灵敏度/定制科研领域

• 由于成本和技术集成门槛，EMCCD主要应用于超微量、极弱信号和单分子检测、特定科研仪器，而非通用商品型酶标仪。

7.3 检测器模块化、智能化、自动化

• 未来酶标仪将更多采用可更换、智能识别的检测器模块，支持用户自定义升级（如CMOS、sCMOS、PMT等混合配置）。

• 软件将自动识别检测器特性，推荐最佳检测模式，提高实验效率和智能化水平。

八、常见误区澄清与技术交流建议

• 误区一：检测器越贵越好。
  应以实际需求（灵敏度、通量、预算、实验模式）为主，盲目追求高端EMCCD或sCMOS有可能导致投资回报比下降。

• 误区二：CMOS只适合低端仪器。
  随着科学级CMOS的广泛应用，高端成像、多模式、动态分析等前沿领域已普遍采用CMOS，甚至成为主流。

• 误区三：只能选择厂家原装检测器。
  部分国际品牌支持第三方检测器适配、后装升级（需确认兼容性与售后保障）。

• 误区四：EMCCD与CMOS可随意替换。
  两者在接口、供电、软件、散热、数据处理等方面均有显著差异，选型时应与厂家充分沟通。