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影响小动物活体可见光成像的因素(二)

2020.7.27

3 对于同样级别的CCD芯片来讲,信噪比的高低则对最后的成像质量更为关键,因为信噪比不仅与CCD本身有关,更与系统的整体配置和环境密切相关。
下面这个公式显示了信噪比(SNR)的计算方法,

20080331c2.jpg

从中可以看到,QE值,读出噪声和暗噪声是影响SNR的主要因素,单纯强调任何一个方面都不具有实际意义。

Roper公司生产的CCD,其最大的特色就是具有非常高的量子效率。与其它厂家的CCD相比,在500-700nm范围内,Roper CCD的量子效率为 〉90%,即使低于在400nm和高于700nm的范围内,量子效率也能够达到40%以上,这样为获得高质量的图片提供了一个必要的条件。

温度,一直以来也是研究人员所关注的重要影响因素之一,但事实上,在信噪比的计算中,只有暗电流是与温度相关的。一般情况下,温度越低,因温度产生的暗噪声也就越低;但是,当温度降低到一定程度时,乱真电荷(spurious charge)就会出现,从而增加了暗电流的值。因此,温度对于CCD来讲,并不是越低越好,而是有一个最佳值,即:既降低了温度带来的噪声,又没有引起乱真电荷的增加。Roper公司设计生产的1300B,采用液氮制冷,芯片温度控制在-110℃,其原因正在于此,这是一个保证CCD工作状态最好,且不会产生高噪声的最佳温度。

二:实验所采用的细胞和基因的表达情况

对于活体成像实验来讲,许多实验都涉及到了利用活细胞系来进行研究,而不同的细胞系,表达蛋白的能力也不同,因此实验采用的细胞系的好坏,很大程度上影响了荧光成像的结果。

重组基因或融合蛋白的表达情况同样直接影响荧光的强弱,这个过程主要是由启动子的强弱来控制的。如果实验中采用了弱启动子,那么在荧光检测时,很可能会导致荧光弱很多倍,这样,即使有表达的部位,也可能因此而无法检测到,北京博益伟业仪器有限公司的实验结果证明了这一点。以下图为例,A图采用了强启动子,在平板实验中,20个细胞就可以在1*1 bin,60秒被检测到,而B图中所采用的弱启动子,在8*8 bin,60秒时却只能检测到1250个细胞。

20080331c3.jpg

三:荧光素酶成像时,底物浓度和温度的影响

哺乳动物生物发光,是将荧光素酶基因整合到细胞染色体DNA上以表达荧光素酶,当外源(腹腔或静脉注射)给予其底物荧光素(luciferin),即可在几分钟内产生发光现象。这种酶在ATP及氧气的存在条件下,催化荧光素的氧化反应才可以发光,因此只有在活细胞内才会产生发光现象,并且光的强度与标记细胞的数目线性相关。

正因为荧光素酶成像是一种酶和底物的生化反应,因此,生物荧光成像便不可避免地受到了底物浓度和动物体温度的影响。在对动物进行底物注射时,底物浓度的高低和量的多少都会对成像的快慢和荧光的强弱造成影响。而活体成像系统的暗箱和检测平台都保持良好的恒温状态,也正是为了成像时能够保证动物的体温恒定在37℃。下面两图直观地说明了底物浓度和温度对于酶活性的影响:

2008033104.jpg

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综上所述,在进行小动物活体成像时,必须综合考虑各方面因素的作用,尽量将各个因素都保证在最佳状态,才能得到真正高质量的图片。


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