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从图像质量谈化学发光蛋白印迹成像和定量分析系统选择

2020.8.17

  化学发光蛋白印记成像和定量分析系统是凝胶成像分析系统的延伸,它的设计原理是基于数字化成像,在特殊设计的集成化暗室环境下,通过调整镜头参数,对目的物进行拍摄。实际上化学发光法蛋白印记成像(Western blotting)通常用来明确目的蛋白质是否存在,换句话讲,就是化学发光法能够很好地回答 “有没有表达这种蛋白质?”。因为人眼是无法有效地分辨出这些信号的,因此我们需要有一种方法,能够提供很高的图像分辨率和很高的灵敏度。以往大家普遍采用的方法是压片子,认为胶片能够提供给我们相当高分辨率和高灵敏度。但是胶片带来的高成本和无法实时看到效果,也给我们代理了一些困惑。基于此,上个世纪末开始有顶级的凝胶成像厂家研究用摄像头拍摄蛋白印记,但是基于当时的科技水平,效果与胶片总是有那么一点点差距。就在人们对这项技术几乎绝望的时候,ALPHA的科学家们发现如果采用顶级的航天摄像头和特殊的镜头技术,完全可以超过与替代胶片。

  我们知道,一般的化学发光信号是比较微弱的,人眼基本上是看不到的。在数字化的时代,我们采用的CCD摄像头,具备累计曝光的能力,也就是说,CCD摄像头具备持续曝光的能力,能够长时间的进行持续拍摄,并根据其自身的特性,能够有效地把微弱信号进行捕捉与还原。但是就不同种类的CCD来讲,之间的差别也是大相径庭的。简单讲,CCD摄像头就是利用其核心元器件—光和耦合器件(CCD)捕捉光信号,把该信号通过一系列的转换,在计算机上形成图像。按照技术模式其种类分为模拟与数字,目前一般低档次的凝胶成像均采用比较便宜的模拟摄像头,分辨率在30万像素左右,拍摄下来的图片基本一放大就会出现明显的马赛克。数字化摄像头的优点是信号损失小,无需经过更多的模数转换,但是采用不同技术的数字摄像头差别也是很大的。就其核心CCD成像芯片来讲,不同级别的芯片,从性能到价格都相差很远。比如300万像素的ICX252与140万像素的ICX285芯片,一般人都会认为分辨率高的摄像头比较好,其实不然,采用ICX285芯片的摄像头无论从线性度还是灵敏度等性能来讲都远远超过ICX252芯片的摄像头。还有一个重要的参数就是CCD芯片的尺寸,一般来讲有常见的有1/3,1/2,2/3英寸等规格,尺寸越大成像面积越大,同时感光元件的尺寸越大,所获得图像的细节也就越丰富。随着感光面积的增大,每一个感光点的面都可以排列得更加舒缓,在传输中可以保证更为清晰的画面细节,最终得到的结果是图像噪点与紫边现象大为减少,画面质量与灵敏度全面提升,更大的感光面积使得单位点上的图像颗粒更为细腻,整体的层次也更为丰富。

  与普通数码照相机一样,我们还需要镜头来帮助成像,成像质量很大一部分也取决于镜头。镜头结构可以理解为镜头的构造,它主要是由镜片构成的。一个镜头往往是由多块镜片构成,然后镜头又会根据设计需要进行分组,无论采取几组几片的设计构造方式,镜头都要把被摄对象尽可能清晰、准确地还原。除了镜片数目,镜头的材质也是一个重要技术指标。一般厂家采用的都是工业CCTV镜头,摄像头的最大适用尺寸为2/3英寸,一般采用8-48变焦镜头的摄像头尺寸都在1/2英寸以下,而2/3英寸摄像头则采用12.5-75变焦镜头。如果镜头尺寸比摄像头CCD靶面尺寸大时,将使图像视野比镜头视野小,即不能很好地利用镜头的视野;如果镜头尺寸比摄像头CCD靶面尺寸小时,将发生“隧道效应”,即图像有圆形的黑框,像在隧道里拍的一样。

  就化学发光蛋白印记成像和定量分析系统而言,首先我们要考虑的就是采用什么摄像头,采用什么镜头的问题。就摄像头而言,抛开其他参数,我们先要考虑的问题是采用什么型号的CCD芯片、多大尺寸。就ALPHA而言,全线产品采用的都是专业的天文用摄像头, 采用KAI-4022芯片,尺寸均在1英寸以上,全16位数字输出,绝对量子效率可以达到86%,灵敏度极高,需要说明的是该系列摄像头也同样应用于美国NASA的外太空宇宙研究领域。基于超大尺寸的摄像头,一般的工业镜头根本无法满足其成像要求,ALPHA特别采用了专业单反镜头,应用于全线产品。采用全段焦距恒定大光圈,全幅面标准镜头,基本由12组15片组成,全镜采用SML超多层镀膜镜片,内置一枚极低色散ELD片,2片SLD,3片ASP镜片,配备超大镜头口径,不漏过任何一个光子,影像还原真实、细节表现力强、成像明锐清晰。

  高端的摄像头匹配上专业镜头,是化学发光蛋白印记成像和定量分析系统的一个创举,使得捕捉微弱信号的能力大大增强。科学家们惊奇的发现,利用摄像头成像已经超过了胶片,真的可以抛弃胶片了,拥抱数字化学发光蛋白印记成像和定量分析系统的时代终于来到了。


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