如何选购凝胶成像分析系统

　　数字影像技术讯速发展,成为数码产品及分子影像产品的风向标，灵敏度越来越高，自动化程度也更高，设计也更加人性化，逐渐变得像傻瓜照相机一般易用。分子成像分析系统的实际应用逐渐的普遍化，市场上有很多种分子影像成像分析系统，如何选购呢?

　　1凝胶成像系统根据产品应用范围的分类：

　　1.1普通凝胶成像分析系统：适用于DNA/RNA(EB、TLC plates、SYBR Green)等紫外，以及蛋白凝胶电泳(考马斯染色，银染)等可见光样品;进行图象采集并进行定性和定量分析;

　　1.2化学发光成像分析系统：适用于化学发光/紫外光/可见光凝胶成像分析系统，如ECL、ECL PLUS、Southern、CDP Star、CSPD、Northern和Western杂交的化学发光等各种化学发光暴光后的样品检测;

　　1.3多色荧光成像分析系统：适用于荧光/化学发光/可见光凝胶成像分析系统

　　1.4多功能活体成像分析系统：适用于生物发光(bioluminescence)与荧光(fluorescence)两种技术。生物发光是用荧光素酶(luciferase)基因标记细胞或DNA，而荧光技术则采用荧光报告基团(GFP、RFP),或 Cyt及dyes等荧光染料进行标记。

　　2凝胶成像分析系统的组成

　　凝胶成像系统主要包含：CCD相机，暗室和分析软件。不过其功能不仅仅限于对琼脂糠凝胶进行成像，现在的成像仪趋向于多功能化，还适用于蛋白胶、发荧光的胶、印迹膜和菌落平板等应用。在Western Blot方面，高性能的CCD分子成像系统能与胶片媲美。

　　CCD是电荷耦合器件(Charge Coupled Device)的英文名称缩写，是一种光电转换器件。是凝胶图像系统的核心部件。绝大多数对数码相机都有一定的了解，不少人还是这方面的专家。有人把数码相机的像素看得很重，但比较之后发现，有些400万、500万像素的相机拍出来的片子没有300像素的机子拍出来的好，这是为什么?

　　其实，影响成像的因素很多，衡量CCD好坏的指标，有分辨率，CCD尺寸，动态范围,灵敏度，量子效率，信噪比等，其中像素数以及CCD尺寸是重要的指标。其实是说感光器件的面积大小，这里就包括了CCD感光器件的面积越大，也即CCD面积越大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。

　　为了方便您更了解CCD的大小，现列举目前市场上所应用的CCD规格如下：

　　1英寸——靶面尺寸为宽12.7mm*高9.6mm，对角线16mm。

　　2/3英寸——靶面尺寸为宽8.8mm*高6.6mm，对角线11mm。

　　1/2英寸——靶面尺寸为宽6.4mm*高4.8mm，对角线8mm。

　　1/3英寸——靶面尺寸为宽4.8mm*高3.6mm，对角线6mm。

　　1/4英寸——靶面尺寸为宽3.2mm*高2.4mm，对角线4mm。

　　CCD的分辨率由低到高：从45万左右，100万左右，140万左右，200万左右，300万左右，400万左右，500万左右，甚至还有更高的，根据CCD的温度有可以分为常温CCD相机和制冷CCD相机，制冷CCD：在相同满井电子的CCD，降低CCD噪音，就能提高CCD的监测能力，热或者暗电流对于CCD都是噪音，噪音在Cool CCD基本都可以被深度致冷的Peltier消除。在曝光超过5-10秒，CCD芯片就会发热，没有致冷设备的芯片，“热”或者白的像素点就会遮盖图像，图像到处可见雪花。CCD结构设计、数字化的方法等都会影响噪音的产生。当然通过改善结构、优化方法，同样能减少噪音的产生。

　　制冷CCD的适用性：荧光及化学发光本身较弱，所以对CCD噪音的降低要求很高，应选用高分辨率数字冷却CCD相机结合高通透镜头系统，使其能够捕获到信号极其微弱的荧光及化学发光样品图像，并且能够最大程度的降低噪音，减少背景，提供出色的图像清晰度。另外可选激发光源及多位滤镜轮扩大了荧光/化学发光成像的应用范围。所以一般在荧光及化学发光观察时需要选择制冷CCD。所以制冷CCD相机绝对是高端分子影像成像分析系统的未来的发展趋势和必须要求。

　　3凝胶成像系统的技术指标

　　3.1分辨率

　　分辨率的大小和像素值是分不开的，像素指得是CCD能分辨的最小的感光元件，我们平时说的多少万像素就是这些感光元件的个数了。所以一般来讲像素越多，成像也就越清晰细腻，当然这其中还要受许多因素限制，下面会慢慢提到的。但是高像素也不一定是好的CCD，其原因就是像素大小(Pixel Size)，也是很重要的因素，相同数目的像素，排列越密集，像素之间就越容易出现电流干扰，容易出现"噪点"等干扰成像质量的现象出现。由于制造工艺的限制，增加尺寸，成本将会以几何级数提高。

　　3.2动态范围值

　　动态范围表示在一个图像中最亮与最暗的比值。

　　灰阶表示在一种表征光亮度的方法，12bit表示从最暗到最亮等分为212=4096个级别，16bit即分为216个级别，可见bit值越高能分出的细微差别越大，如图下面这张图片人眼只能分辨出40个灰阶，而对于一台12bit的仪器能分辨出4,096个灰阶。值得一提的是，目前来说，市场上主流的凝胶成像的CCD以12bit为主，16bit的仪器一般情况下，分辨率均在200万像素左右，对于真正的16bit，而像素值又近400万的CCD是非常少见的。

　　12bit与16bit在图像分辨上的区别

　　对动态范围进行量化需要一个运算公式，即动态范围值 = 20 log (well depth/read noise)，其中Well depth代表是满井电子，是CCD饱和时能接受的电子信号总值，read noise是读出噪声(以电子数来表示)，每个CCD在读数的过程中都会产生噪声，噪声越小，监测灵敏度越高。其中满井电子与CCD的bit值是相关的，通常下，bit值越高，满井电子的数值越大。

　　举例如下：

　　Well depth = 85,000 个电子, read noise = 12 个电子

　　Dynamic range = 20 log (85,000/12), or 77dB.

　　动态范围的值越高CCD性能越好.

　　3.3量子效率

　　CCD的量子效率也称像素灵敏度，指在一定的曝光量下,像素势阱中所积累的电荷数与入射到像素表面上的光子数之比。不同结构的CCD其量子效率差异很大。比如100光子中积累到像素势阱中的电荷数是50个，则量子效率为50%(100 photons = 50 electrons means 50% efficiency)。值得注意的是CCD 的量子效率与入射光的波长有关。

　　3.4信噪比

　　说到信噪比就不得不提到暗电流了，暗电流是导致CCD噪音的很重要的因素。暗电流指在没有曝光的情况下，在一定的时间内，CCD传感器中像素产生的电荷。我们在做化学发光检测的时候，需要的曝光的时候比较长，这样导致CCD产生较多的暗电流，对图像的质量影响非常大。通常情况下通过降低CCD的温度来最大限度的减少暗电流对成像的影响。

　　3.5光学镜头

　　光学镜头是机器视觉系统中必不可少的部件，直接影响成像质量的优劣，影响算法的实现和效果。光学镜头规格繁多，有时不免头晕。光学镜头从焦距上可分为短焦镜头、中焦镜头，长焦镜头;从视场大小分有广角、标准，远摄镜头;结构上分有固定光圈定焦镜头，手动光圈定焦镜头，自动光圈定焦镜头，手动变焦镜头、自动变焦镜头，自动光圈电动变焦镜头，电动三可变(光圈、焦距、聚焦均可变)镜头等。

　　3.6滤光镜片

　　荧光：EB 、TLC plates、GFP plates、SYBR Green、SYBR Gold、SYBR Safe、SYPRO Red、SYPRO Orange、Texas Red、Rhodamine Red、Fluorescein、Deep Purple、Cy2、Cy3、Cy3.5、Cy5、荧光板等(要根据具体的激发光源和滤镜来决定)

　　3.7数据传输

　　3.8软件功能

　　不论何种计算机，它们都是由硬件和软件所组成，两者是不可分割的。人们把没有安装任何软件的计算机称为裸机。凝胶成像分析系统也不例外，硬件设备再好，如果不配上好的软件，也无法发挥它应有的功能。