一、引言

酶标仪（Microplate Reader）是一种结合光学、电子、机械与软件技术的综合性实验仪器，广泛应用于生命科学、免疫检测、药物筛选、酶动力学等领域。其核心功能是对微孔板中试剂或样品的吸光度、荧光、发光等信号进行定量测定。在实际运行过程中，各模块相互配合，共同实现高速、多通道、高精度的检测。了解酶标仪的组成有助于正确操作、维护保养以及故障排除。

二、光学系统

1. 光源部分

酶标仪的光源通常分为吸光度检测与荧光/发光检测两大类。吸光度（OD）检测常用卤素灯或氙灯，部分新型设备则采用 LED 光源。卤素灯发出连续光谱，通过滤光片或单色器择取所需波长；氙灯光谱宽、亮度高，适合需要多波长测试的场景。LED 光源则在特定波长（如450 nm、630 nm等）下具有更长寿命、低热量和瞬时启动优势。荧光检测常用高功率氙灯脉冲激发或半导体激光器，对荧光探头提供能量，使样品发射荧光。发光检测一般不需要外加光源，而是测量样品自身化学发光的强度。

2. 单色器或滤光片

在光源与样品之间，单色器（单色仪或光栅）或滤光片用于选择特定波段的光线。单色器通过光栅或棱镜将光分散，再用狭缝截取所需波长，优点是连续可调，波长精度高；缺点是体积较大、结构复杂。滤光片则用高通、低通或带通滤光玻璃或薄膜，根据需要直接筛选出固定波长范围的光束，体积小、价格低，但波长可调范围有限。部分酶标仪采用可移动滤光片轮盘，可容纳多组滤光片，实现快速切换。

3. 光程与样品舱

样品舱负责放置微孔板并保证光束可以垂直或透射通过孔底（或孔顶）。根据检测模式不同，吸光度检测通常为底部读取（Bottom Read）或顶灯读取（Top Read）两种方式。底部读取要求孔底透明度高、材料厚度均匀；顶灯读取则更注重孔上部液面位置与光路对准。样品舱内设有光罩或防尘罩，防止环境光干扰。部分高端机型还具备恒温、振荡或光搅拌功能，可在读数前对板内样品进行混匀或温度预热。

4. 探测器（检测单元）

探测器负责将样品透射或发射的光信号转化为电信号。吸光度测量中，探测器通常为光电二极管（Photodiode）或光电倍增管（Photomultiplier Tube, PMT）。光电二极管结构简单、线性范围宽，适合常规定量；PMT 灵敏度高、噪声低，适用于超低信号检测，比如微量荧光或发光。荧光检测时，除主探测器外，常配有分光镜，将激发光与荧光进行分离，避免激发光泄漏。发光检测则直接测量样品自发光信号，探测器可选 CCD 或 PMT，根据灵敏度需求而定。

三、机械结构与样品处理

1. 微孔板托盘与定位机构

托盘是用于放置微孔板的载体，通常由耐腐蚀塑料或金属制成。定位机构一般采用机械限位凸点或光电传感器，确保每个孔位都能准确对准光路。为实现高通量，现代酶标仪配置自动进出板机构（Microplate Handler），能够自动抓板、换板并连续检测；低通量设备则多为手动滑入式托盘。无论手动还是自动，托盘须保持表面平整、无变形，以免引发定位偏移。

2. 驱动电机与滑轨系统

托盘的移动由步进电机或伺服电机驱动，通过滑轨使托盘在 X、Y 两个方向精确定位。部分高端多功能酶标仪需要在三维空间进行定位，额外增加 Z 轴升降功能，以实现不同微孔板规格（96 孔、384 孔、1536 孔等）的适配。驱动系统需定期润滑、校准，以保证平稳运行、减少定位误差。电机与滑轨配合时，可通过编码器实时反馈位置信息，用于精准控制。

3. 搅拌与加温模块

某些检测需要在读数前对样品进行混匀或温育。酶标仪可加装摇床（Orbital Shaker）或震荡器（Vibrator），使样品在横向或垂直方向振荡，以加速反应、提高均匀性。加温模块则可对整块微孔板或指定孔位进行恒温处理，如37 ℃恒温培养，或根据实验要求设定梯度温度。不同型号加温方式有所差异，常见有板下加热、板上加热和环境控温三种。

四、电气与控制系统

1. 主控板与微控制器

主控板是酶标仪的“大脑”，负责协调光学模块、机械执行单元与软件系统的交互。现代设备普遍采用嵌入式微控制器（MCU）或嵌入式 PC 平台，实现对灯源亮度、波长选择、探测器增益、驱动电机的位置等方面的实时控制。主控板上集成多路数字与模拟输入输出接口，用于与温度传感器、光电传感器、按钮、显示屏等模块通讯。

2. 信号采集与放大电路

来自探测器的微弱电流信号首先经过高精度运放放大，并通过滤波器去除噪声。放大后的信号由模数转换器（ADC）转换为数字量，再传输到主控板进行处理。信号采集系统的性能直接决定检测灵敏度与线性范围。高端机型常配置多通道 ADC，可实现同时对多个波长或多个板子进行并行采样。

3. 电源与散热设计

酶标仪内部需为光源、探测器、微控制器、电机等模块提供稳定电压。电源模块应具备过压、过流保护功能，避免突发电流波动损坏精密光学元件。为了控制噪音与温升，许多酶标仪配备风扇散热系统或液态散热装置（主要用于高功率氙灯）。散热风道需要设计合理，确保热量快速排出，防止内部温度过高影响电路寿命与检测稳定性。

五、软件平台与用户界面

1. 操作系统与驱动程序

酶标仪的软件部分由底层驱动与上层应用组成。低通量仪器可能内置简易系统，只需通过前面板按钮选择预设程序；高通量或智能化机型则配备 Windows、Linux 等嵌入式操作系统，运行专用驱动程序管理硬件。驱动程序通过串口、USB、以太网或 Wi-Fi 与电脑端软件通讯，实现命令下发与数据回传。

2. 数据采集与分析软件

用户通过 PC 端或触摸屏界面设置实验参数（如波长、检测模式、读取顺序、校正方式）。设备自动完成预热、校准、样品读取等步骤，并将采集到的原始信号保存为 OD 值或荧光强度、发光强度等。软件提供实时曲线绘制、标准曲线拟合、阴阳性对照验证、结果导出等功能，还可与办公软件（如 Excel、LIMS 系统）对接，实现数据自动化管理。

3. 校准与自检功能

为了保证测量精度，软件通常具备多种自检与校准程序，包括光学对照校准（使用标准滤光片或标定板）、温度校准、线性范围验证等。用户可根据厂商推荐周期或实验需求，定期执行校准操作。自检过程中，软件会对比基准数据，判断光源强度是否衰减、探测器是否漂移、机械定位是否偏差，并提示是否需要维护或更换组件。

六、辅助模块与环境配套

1. 恒温箱与外部环境控制

部分酶标仪支持板内恒温，用户只需在选项中设定所需温度即可；也有独立的恒温箱模块，通过气流对流或水循环对整机进行温控，保证测量过程中环境温度稳定。除温度外，部分实验对湿度和 CO₂ 浓度敏感，需配合生物反应箱或培养摇床使用，以满足特殊细胞或酶反应的条件。

2. 振荡与光搅拌

振荡功能常用于细胞活性测定或酶动力学实验，通过设置振荡幅度和速度，实现缓慢或剧烈振荡。光搅拌（Photonic Mixing）则利用特定波长光线产生微小对流，使微孔内溶液混合均匀。两者可单独或联合使用，提高实验重复性与灵敏度。

3. 防尘罩与安全装置

酶标仪表面通常配备透明或不透明防尘罩，防止灰尘、液体溅入仪内部。高功率氙灯或激光器设备还需加装安全罩或防护门，一旦盖板打开，自动切断光源电源，保护使用者。仪器内部还常配红外感应或光电传感器，若检测到温度过高或风扇故障，则自动停机或报警。

4. 网络与数据通信

在高通量筛选或多台仪器并行检测的实验室环境中，酶标仪可接入局域网，采用 TCP/IP 协议与 LIMS（实验室信息管理系统）对接，实现实验计划下发、自动化流程控制以及结果自动归档。部分型号支持云端数据存储，用户可通过移动端 App 随时查看检测状态与结果。

七、典型应用场景与配置差异

1. 基础型设备

基础型酶标仪多为单波长吸光度检测，价格相对经济，适合常规 ELISA、蛋白定量等简单实验。其构成主要包括卤素灯单色滤光片、光电二极管探测器、手动托盘与简易软件，常在教学实验室或小型科研室使用。

2. 多功能型设备

多功能酶标仪能同时支持吸光度、荧光、发光、散射等多种检测模式，配备可编程滤光片轮盘或单色仪，光源包含氙灯与 LED，探测器采用高灵敏 PMT。机械部分具有板托盘自动进出和可调焦距功能，并可加装振荡、温育模块。软件平台功能全面，可实现自动校准与自动数据分析，广泛应用于药物筛选、高通量测序以及精准医学检测。

3. 超高通量与定制化仪器

在大型筛选平台或制药企业中，为满足极高通量需求，酶标仪多与自动化工作站（如机器人手臂、液体处理系统）集成。此类设备通常配备双板位检测、快速换板模块与实时质控系统，可连续处理数百块微孔板。其电气控制系统更为复杂，软件需兼容多种自动化协议与实验流程，硬件维护与故障诊断要求也更高。

八、结语

酶标仪作为一款集光学、机械、电气与软件于一体的综合性实验设备，其主要组成可概括为光学系统（光源、单色器或滤光片、样品舱与探测器）、机械结构（托盘与定位机构、驱动电机与滑轨、振荡加温模块）、电气控制（主控板、信号放大与采集、电源与散热）、软件平台（操作系统、数据采集与分析、校准功能）以及辅助模块（恒温箱、振荡器、防尘罩、安全装置与网络通信）等几大部分。不同型号的酶标仪在各模块的配置上存在差异，从基础型到多功能、高通量，所采用的光源种类、探测器类型、机械自动化程度和软件功能均各具特色。全面了解各组成部分的结构与功能，有助于用户在购买前做出理性选择、在使用过程中快速故障排查、在维护保养时针对性检修，从而最大限度地发挥设备性能，保障实验结果的准确与可靠。