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发表于 2024-2-28 11:13:22
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以下内容，翻译自《Flow Cytometry Today_ Everything You Need to Know about Flow Cytometry (2022)》相关章节，相信读完之后，就会有答案了
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雪崩光电二极管（APD）是一种特殊类型的光电二极管，由几层半导体组成，由于施加在器件上的固定电势差，这些半导体放大了光电效应。与PMT不同，APD的输出信号不像在PMT中那样取决于电源值，而是可以根据增益进行放大。尽管PMT具有低量子效率（定义为发射的电子和接收的光子之间的比率）和高内部增益，但APD具有更高的量子效率和更低的内部增益。APD的更高量子效率至少在理论上可具备更好的信噪比，但不幸的是，这些传感器也具有高水平的暗电流，使得其分辨率限制在低信号范围内；此外，在高增益下，噪声的放大会损害信噪比。
并非所有的APD在不同波长下都具有相同的灵敏度，其效率取决于物理成分。硅APD在300和1100nm之间响应良好，由锗在800和1600nm之间制成的APD，以及由砷、铟和镓制成的APDs在900和1700nm之间显示出低噪声的良好响应。事实证明，APD在收集深红色或红外范围内发射的荧光信号方面比传统的PMT更好，800nm及以上的量子效率为80%。
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光电倍增管（PMT）是具有快速响应、高增益和低噪声的光电探测器。从构造角度来看，PMT由真空玻璃管组成，包含称为光电阴极的初始电极、称为阳极的最终电极，以及放置在阴极和阳极之间的一系列中间电极，称为倍增管。在阴极和阳极之间，存在电位差，该电位差在各种倍增管之间逐渐分布，使得第一倍增管具有高于阴极的电位，每个倍增管拥有高于前一倍增管的电位，并且最后一个倍增管是低于阳极的电位。在流式细胞术中广泛使用的典型PMT中，阴极和阳极之间的最大电位差可以约为1000 V或略高于1000 V。光电阴极构成PMT的结构，PMT接收光辐射。光子通过特定窗口进入PMT并击中光电阴极，光电阴极通过外部光电效应在真空中产生一定数量的光电子。每当被击中时，由于电势差逐渐增加，每个倍增管释放的电子比接收的电子更多，并且产生全局级联倍增效应，能够以高达10E7倍的增益放大信号。并非所有光电倍增管在不同波长下都具有相同的灵敏度，其效率因光电阴极组成而异。具有双碱光电阴极的PMT在400和550nm之间的范围内响应良好，只有具有砷化镓光电阴极的PMTs在红外中表现令人满意。在细胞仪中，由PMT产生的信号理论上在0到10V的范围内变化。在现实中，由于倍增管自发发射一定数量的电子，PMT即使在静止条件下也产生最小的电子流，这是PMT在绝对黑暗中张力下发射的电流，取决于一系列因素，包括电源电压的可变性、光电阴极热电子发射、场效应和环境辐射。这种被称为“暗电流”的电流构成了信号中不可避免的成分。
在弱信号的情况下，增加PMT的电压比增加放大器增益更好。最近，基于微电子机械系统（MEMS）的微型PMT已经出现在市场上，其特征是特别低的暗电流和特别窄的脉冲，且容易进一步增加动态范围。
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硅光电倍增管（SiPM）是组装了大量“单光子雪崩二极管”（SPAD）的微传感器。SiPM是一种固态探测器，具有小、结构简单和成本降低的优点。与雪崩光电二极管一样，SiPM不需要可变电源；与APD类似，光电子生成过程必须通过增益控制。与传统PMT相比，SiPMs在光探测效率（PDE）、增益和背景噪声方面表现出类似的特征，但不受磁场的影响。同样，在SiPM中，暗电流的强度大于PMT，并且与阵列中存在的光敏单元的数量成比例。然而，由于其范围取决于温度。与APD一样，SiPM在深红色和红外区域表现出优异的效率。SiPM比APD有着更高的增益和更低的背景噪声；与PMT相比，SiPM有一些缺点，因为它们的背景噪声随增益增加而增加，而PMT的背景噪声则随增益降低。与流式细胞术中开发的其他检测器一样，SiPM的输出是一种模拟现象，由与入射光子数量成比例的电子流（电流）组成，该电子流可以转换为电位差。尽管如此，检测器也可以数字化，在某些特定条件下产生直接进行光子计数（盖革模式），例如电源电压超过击穿电压时。
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发表于 2024-2-28 10:05:55
