數(shù)字影像技術(shù)訊速發(fā)展,成為數(shù)碼產(chǎn)品及分子影像產(chǎn)品的風(fēng)向標(biāo)，靈敏度越來越高，自動(dòng)化程度也更高，設(shè)計(jì)也更加人性化，逐漸變得像傻瓜照相機(jī)一般易用。分子成像分析系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用逐漸的普遍化，市場上有很多種分子影像成像分析系統(tǒng)，如何選購呢?

　　1凝膠成像系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用范圍的分類：

　　1.1普通凝膠成像分析系統(tǒng)：適用于DNA/RNA(EB、TLC plates、SYBR Green)等紫外，以及蛋白凝膠電泳(考馬斯染色，銀染)等可見光樣品;進(jìn)行圖象采集并進(jìn)行定性和定量分析;

　　1.2化學(xué)發(fā)光成像分析系統(tǒng)：適用于化學(xué)發(fā)光/紫外光/可見光凝膠成像分析系統(tǒng)，如ECL、ECL PLUS、Southern、CDP Star、CSPD、Northern和Western雜交的化學(xué)發(fā)光等各種化學(xué)發(fā)光暴光后的樣品檢測(cè);

　　1.3多色熒光成像分析系統(tǒng)：適用于熒光/化學(xué)發(fā)光/可見光凝膠成像分析系統(tǒng)

　　1.4多功能活體成像分析系統(tǒng)：適用于生物發(fā)光(bioluminescence)與熒光(fluorescence)兩種技術(shù)。生物發(fā)光是用熒光素酶(luciferase)基因標(biāo)記細(xì)胞或DNA，而熒光技術(shù)則采用熒光報(bào)告基團(tuán)(GFP、RFP),或 Cyt及dyes等熒光染料進(jìn)行標(biāo)記。

　　2凝膠成像分析系統(tǒng)的組成

　　凝膠成像系統(tǒng)主要包含：CCD相機(jī)，暗室和分析軟件。不過其功能不僅僅限于對(duì)瓊脂糠凝膠進(jìn)行成像，現(xiàn)在的成像儀趨向于多功能化，還適用于蛋白膠、發(fā)熒光的膠、印跡膜和菌落平板等應(yīng)用。在Western Blot方面，高性能的CCD分子成像系統(tǒng)能與膠片媲美。

　　CCD是電荷耦合器件(Charge Coupled Device)的英文名稱縮寫，是一種光電轉(zhuǎn)換器件。是凝膠圖像系統(tǒng)的核心部件。絕大多數(shù)對(duì)數(shù)碼相機(jī)都有一定的了解，不少人還是這方面的專家。有人把數(shù)碼相機(jī)的像素看得很重，但比較之后發(fā)現(xiàn)，有些400萬、500萬像素的相機(jī)拍出來的片子沒有300像素的機(jī)子拍出來的好，這是為什么?

　　其實(shí)，影響成像的因素很多，衡量CCD好壞的指標(biāo)，有分辨率，CCD尺寸，動(dòng)態(tài)范圍,靈敏度，量子效率，信噪比等，其中像素?cái)?shù)以及CCD尺寸是重要的指標(biāo)。其實(shí)是說感光器件的面積大小，這里就包括了CCD感光器件的面積越大，也即CCD面積越大，捕獲的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。

　　為了方便您更了解CCD的大小，現(xiàn)列舉目前市場上所應(yīng)用的CCD規(guī)格如下：

　　1英寸——靶面尺寸為寬12.7mm*高9.6mm，對(duì)角線16mm。

　　2/3英寸——靶面尺寸為寬8.8mm*高6.6mm，對(duì)角線11mm。

　　1/2英寸——靶面尺寸為寬6.4mm*高4.8mm，對(duì)角線8mm。

　　1/3英寸——靶面尺寸為寬4.8mm*高3.6mm，對(duì)角線6mm。

　　1/4英寸——靶面尺寸為寬3.2mm*高2.4mm，對(duì)角線4mm。

　　CCD的分辨率由低到高：從45萬左右，100萬左右，140萬左右，200萬左右，300萬左右，400萬左右，500萬左右，甚至還有更高的，根據(jù)CCD的溫度有可以分為常溫CCD相機(jī)和制冷CCD相機(jī)，制冷CCD：在相同滿井電子的CCD，降低CCD噪音，就能提高CCD的監(jiān)測(cè)能力，熱或者暗電流對(duì)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。在曝光超過5-10秒，CCD芯片就會(huì)發(fā)熱，沒有致冷設(shè)備的芯片，“熱”或者白的像素點(diǎn)就會(huì)遮蓋圖像，圖像到處可見雪花。CCD結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)字化的方法等都會(huì)影響噪音的產(chǎn)生。當(dāng)然通過改善結(jié)構(gòu)、優(yōu)化方法，同樣能減少噪音的產(chǎn)生。

　　制冷CCD的適用性：熒光及化學(xué)發(fā)光本身較弱，所以對(duì)CCD噪音的降低要求很高，應(yīng)選用高分辨率數(shù)字冷卻CCD相機(jī)結(jié)合高通透鏡頭系統(tǒng)，使其能夠捕獲到信號(hào)極其微弱的熒光及化學(xué)發(fā)光樣品圖像，并且能夠最大程度的降低噪音，減少背景，提供出色的圖像清晰度。另外可選激發(fā)光源及多位濾鏡輪擴(kuò)大了熒光/化學(xué)發(fā)光成像的應(yīng)用范圍。所以一般在熒光及化學(xué)發(fā)光觀察時(shí)需要選擇制冷CCD。所以制冷CCD相機(jī)絕對(duì)是高端分子影像成像分析系統(tǒng)的未來的發(fā)展趨勢(shì)和必須要求。

　　3凝膠成像系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)

　　3.1分辨率

　　分辨率的大小和像素值是分不開的，像素指得是CCD能分辨的最小的感光元件，我們平時(shí)說的多少萬像素就是這些感光元件的個(gè)數(shù)了。所以一般來講像素越多，成像也就越清晰細(xì)膩，當(dāng)然這其中還要受許多因素限制，下面會(huì)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，相同數(shù)目的像素，排列越密集，像素之間就越容易出現(xiàn)電流干擾，容易出現(xiàn)"噪點(diǎn)"等干擾成像質(zhì)量的現(xiàn)象出現(xiàn)。由于制造工藝的限制，增加尺寸，成本將會(huì)以幾何級(jí)數(shù)提高。

　　3.2動(dòng)態(tài)范圍值

　　動(dòng)態(tài)范圍表示在一個(gè)圖像中最亮與最暗的比值。

　　灰階表示在一種表征光亮度的方法，12bit表示從最暗到最亮等分為212=4096個(gè)級(jí)別，16bit即分為216個(gè)級(jí)別，可見bit值越高能分出的細(xì)微差別越大，如圖下面這張圖片人眼只能分辨出40個(gè)灰階，而對(duì)于一臺(tái)12bit的儀器能分辨出4,096個(gè)灰階。值得一提的是，目前來說，市場上主流的凝膠成像的CCD以12bit為主，16bit的儀器一般情況下，分辨率均在200萬像素左右，對(duì)于真正的16bit，而像素值又近400萬的CCD是非常少見的。

　　12bit與16bit在圖像分辨上的區(qū)別

　　對(duì)動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行量化需要一個(gè)運(yùn)算公式，即動(dòng)態(tài)范圍值 = 20 log (well depth/read noise)，其中Well depth代表是滿井電子，是CCD飽和時(shí)能接受的電子信號(hào)總值，read noise是讀出噪聲(以電子數(shù)來表示)，每個(gè)CCD在讀數(shù)的過程中都會(huì)產(chǎn)生噪聲，噪聲越小，監(jiān)測(cè)靈敏度越高。其中滿井電子與CCD的bit值是相關(guān)的，通常下，bit值越高，滿井電子的數(shù)值越大。

　　舉例如下：

　　Well depth = 85,000 個(gè)電子, read noise = 12 個(gè)電子

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

　　動(dòng)態(tài)范圍的值越高CCD性能越好.

　　3.3量子效率

　　CCD的量子效率也稱像素靈敏度，指在一定的曝光量下,像素勢(shì)阱中所積累的電荷數(shù)與入射到像素表面上的光子數(shù)之比。不同結(jié)構(gòu)的CCD其量子效率差異很大。比如100光子中積累到像素勢(shì)阱中的電荷數(shù)是50個(gè)，則量子效率為50%(100 photons = 50 electrons means 50% efficiency)。值得注意的是CCD 的量子效率與入射光的波長有關(guān)。

　　3.4信噪比

　　說到信噪比就不得不提到暗電流了，暗電流是導(dǎo)致CCD噪音的很重要的因素。暗電流指在沒有曝光的情況下，在一定的時(shí)間內(nèi)，CCD傳感器中像素產(chǎn)生的電荷。我們?cè)谧龌瘜W(xué)發(fā)光檢測(cè)的時(shí)候，需要的曝光的時(shí)候比較長，這樣導(dǎo)致CCD產(chǎn)生較多的暗電流，對(duì)圖像的質(zhì)量影響非常大。通常情況下通過降低CCD的溫度來最大限度的減少暗電流對(duì)成像的影響。

　　3.5光學(xué)鏡頭

　　光學(xué)鏡頭是機(jī)器視覺系統(tǒng)中必不可少的部件，直接影響成像質(zhì)量的優(yōu)劣，影響算法的實(shí)現(xiàn)和效果。光學(xué)鏡頭規(guī)格繁多，有時(shí)不免頭暈。光學(xué)鏡頭從焦距上可分為短焦鏡頭、中焦鏡頭，長焦鏡頭;從視場大小分有廣角、標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)攝鏡頭;結(jié)構(gòu)上分有固定光圈定焦鏡頭，手動(dòng)光圈定焦鏡頭，自動(dòng)光圈定焦鏡頭，手動(dòng)變焦鏡頭、自動(dòng)變焦鏡頭，自動(dòng)光圈電動(dòng)變焦鏡頭，電動(dòng)三可變(光圈、焦距、聚焦均可變)鏡頭等。

　　3.6濾光鏡片

　　熒光：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、熒光板等(要根據(jù)具體的激發(fā)光源和濾鏡來決定)

　　3.7數(shù)據(jù)傳輸

　　3.8軟件功能

　　不論何種計(jì)算機(jī)，它們都是由硬件和軟件所組成，兩者是不可分割的。人們把沒有安裝任何軟件的計(jì)算機(jī)稱為裸機(jī)。凝膠成像分析系統(tǒng)也不例外，硬件設(shè)備再好，如果不配上好的軟件，也無法發(fā)揮它應(yīng)有的功能。