適配蛋白質(zhì)印跡成像的CCD相機選型詳解

在生命科學(xué)、分子生物學(xué)、基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)等領(lǐng)域里，Syngene是創(chuàng)新與卓越的交匯點。作為Synoptics Ltd的一個部門，Syngene致力于通過我們的圖像分析技術(shù)來拓展科學(xué)研究的邊界。從凝膠記錄到熒光和化學(xué)發(fā)光成像設(shè)備，我們的產(chǎn)品都經(jīng)過精心制作，以滿足監(jiān)管機構(gòu)和認(rèn)證機構(gòu)制定的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。攝像機在我們的使命中至關(guān)重要，凸顯了我們致力于提供極高的質(zhì)量和性能。

蛋白質(zhì)印跡成像：我應(yīng)該選擇哪款CCD相機以獲得最大靈敏度？

無論是使用化學(xué)發(fā)光還是熒光，蛋白質(zhì)印跡法都是研究蛋白質(zhì)時最常用的蛋白質(zhì)檢測方法。檢測化學(xué)發(fā)光信號的常用方法有兩種：

• 將蛋白質(zhì)印跡暴露于 X 射線膠片。

• 使用帶有冷卻的電荷耦合器件 （CCD） 相機的數(shù)碼成像系統(tǒng)。

CCD相機采用光敏硅芯片將光子轉(zhuǎn)換為數(shù)碼信號。G：Box Chemi 系列等尖端系統(tǒng)提供的數(shù)碼成像功能優(yōu)于膠片檢測方法。這些優(yōu)勢包括更高的靈敏度、改進(jìn)的線性度和更寬的動態(tài)范圍，有助于在四個數(shù)量級 （4OD） 的寬濃度范圍內(nèi)進(jìn)行準(zhǔn)確的蛋白質(zhì)定量。

在選擇CCD相機時應(yīng)該考慮什么？

其中一個主要考慮因素是CCD相機的靈敏度。在評估相機的靈敏度時，您還需要查看一些關(guān)鍵指標(biāo)，例如：

• 信噪比 （SNR）

• 量子效率 （QE） 百分比

• 像素大小

• 動態(tài)范圍

了解這些關(guān)鍵指標(biāo)將使您能夠評估適合您需求的成像系統(tǒng)。

信噪比 （SNR）

蛋白質(zhì)印跡的研究人員旨在最大限度地提高來自蛋白質(zhì)條帶的信號，同時最小化膜的背景。這被稱為信噪比 （SNR）。為了實現(xiàn)最佳的 SNR 比，您需要捕獲盡可能多的信號（最高的量子效率百分比），并將噪聲源降至最低。

稍后再詳細(xì)解釋量子效率。但要理解信噪比，你需要知道CCD傳感器產(chǎn)生的不同類型的噪聲。一個主要的噪聲源被稱為讀出噪聲。那么，什么是讀出噪聲？它是源自光電子放大和轉(zhuǎn)換為電壓的過程中產(chǎn)生的噪聲源的組合。攝像機讀出的速度越快，噪聲就越高。

暗噪聲是第二個噪聲源，在未施加任何信號時，由CCD內(nèi)部的熱運動引起的噪聲。冷卻相機可以減少暗信號，并允許更長的積分時間，最長可達(dá)幾個小時。想要獲得沒有明顯暗噪聲積累的化學(xué)發(fā)光成像，必須檢查是否使用冷卻的相機。所有 G：Box Chemi 系列相機均采用帕爾帖冷卻，確保在拍攝長時間曝光圖像時將暗噪點降至最低。

入射光子具有一種固有的噪聲，稱為光子散粒噪聲。從經(jīng)過校準(zhǔn)的恒定光源測量信號時，該值會波動，看起來像是來自相機的噪聲。然而，這種效應(yīng)可以歸因于信號本身的可變性。

量子效率 (QE)

量子效率 （QE） 是傳感器將入射光子轉(zhuǎn)換為可測量電子信號的能力。量子效率（QE）通常以百分比表示;因此，80% 的 QE 表明每個入射光子釋放光電子的可能性為 80%。

QE 與波長（光子能量）相關(guān)，因此，在感興趣的波長處檢查相機傳感器的 QE 曲線非常重要。G：Box Chemi 系列相機使用傳感器 ICX674，在 425nm 處具有 73% 的高 QE，這使得這些系統(tǒng)非常適合捕獲化學(xué)發(fā)光蛋白質(zhì)印跡，因為化學(xué)發(fā)光在大約 425nm 的波長下發(fā)射（參見圖表）。在對熒光進(jìn)行成像時，必須檢查您正在成像的熒光染料的感興趣波長處的QE曲線，以確保您將從傳感器相機獲得最大靈敏度。

像素大小

相機傳感器中的像素收集光子并將其轉(zhuǎn)換為電信號。信號被數(shù)字化，相機可以根據(jù)每個像素接收的值生成圖像。

較小的像素可以合并，這意味著傳感器上相鄰像素的信號可以合并以創(chuàng)建單個更大的有效像素（稱為超像素），從而提高靈敏度，從而縮短曝光時間。像素合并的缺點是它確實會導(dǎo)致分辨率損失。3 桶圖形通過桶中捕獲雨水來解釋這一點。較大的水桶可以捕獲更大的雨滴量; 因此，更大的像素可以捕獲更多的光子。

對高像素傳感器的需求導(dǎo)致了傳感器設(shè)計的發(fā)展，并使越來越小的像素能夠被封裝到傳感器中。雖然擁有更多的像素可能是有益的，但也需要權(quán)衡取舍，因為像素大小會影響信噪比和動態(tài)范圍。因此，在為凝膠文檔選擇像素大小時，考慮您的應(yīng)用非常重要。

 

 

動態(tài)范圍

CCD相機的動態(tài)范圍是相機可以在單個圖像中捕獲的范圍，即對信號從最弱到最強的線性響應(yīng)（見折線圖）。

許多研究人員希望在同一蛋白質(zhì)印跡樣品中分析低表達(dá)和高表達(dá)的蛋白質(zhì)。對于動態(tài)范圍有限的成像系統(tǒng)來說，同時對這兩件事進(jìn)行成像可能具有挑戰(zhàn)性。捕獲曝光時間長的圖像可以檢測低表達(dá)的蛋白質(zhì)，并導(dǎo)致飽和或“過曝”條帶。

具有寬動態(tài)范圍的系統(tǒng)允許捕獲低強度和高強度波段的圖像，從而可以分析弱表達(dá)和強表達(dá)的蛋白質(zhì)。

了解動態(tài)范圍對于正確分析數(shù)據(jù)和解釋蛋白質(zhì)印跡結(jié)果至關(guān)重要。準(zhǔn)確定量要求來自蛋白質(zhì)條帶的信號落在成像系統(tǒng)的線性范圍內(nèi)。條帶強度與線性范圍內(nèi)蛋白質(zhì)數(shù)量的關(guān)系是線性且成正比的。如果線性范圍之外的信號很弱或太強，它們可能會受到噪聲的影響，然后成像系統(tǒng)無法再準(zhǔn)確記錄增加的信號（飽和），如圖所示。

在查看CCD相機的動態(tài)范圍時，您還需要考慮傳感器的滿阱容量。為什么了解滿阱容量很重要？滿阱容量是像素在飽和之前可以容納的最大電荷數(shù)，這會導(dǎo)致信號衰減。當(dāng)像素中的電荷超過飽和水平時，電荷開始填充相鄰像素，這一過程稱為光暈，導(dǎo)致圖像拖尾。當(dāng)像素飽和（光暈）時，CCD的線性響應(yīng)將開始偏離并影響定量性能。

 

總之，相機的靈敏度受幾個因素的影響。在確定CCD相機的靈敏度時，請仔細(xì)查看指標(biāo)：

• 暗噪聲

• 讀出噪聲

• 量子效率百分比

• 像素大小

• 動態(tài)范圍

• 滿肼容量

 

 

英國Syngene是世界優(yōu)秀的一體化凝膠成像系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商。Syngene的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于全世界超過10,000個研究機構(gòu)和超過 50,000位科學(xué)家的實驗室，成功地為許多世界一線制藥公司和主要研究機構(gòu)有影響力的項目提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。Syngene是Synoptics集團(tuán)的一個分支，該集團(tuán)由劍橋大學(xué)的成像專家于1985年成立。作為全球知名公司 Synoptics子公司，Syngene秉承了其在圖像處理領(lǐng)域中的的優(yōu)勢和特點，不僅向各廠商提供全系列的凝膠分析處理軟件，而且開發(fā)了新一代凝膠分析儀。

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