適配蛋白質(zhì)印跡成像的CCD相機(jī)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(diǎn)。作為Synoptics Ltd的一個(gè)部門，Syngene致力于通過(guò)我們的圖像分析技術(shù)來(lái)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(guò)精心制作，以滿足監(jiān)管機(jī)構(gòu)和認(rèn)證機(jī)構(gòu)制定的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。攝像機(jī)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(jī)以獲得最大靈敏度？

無(wú)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(shí)最常用的蛋白質(zhì)檢測(cè)方法。檢測(cè)化學(xué)發(fā)光信號(hào)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(jī)的數(shù)碼成像系統(tǒng)。

CCD相機(jī)采用光敏硅芯片將光子轉(zhuǎn)換為數(shù)碼信號(hào)。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(cè)方法。這些優(yōu)勢(shì)包括更高的靈敏度、改進(jìn)的線性度和更寬的動(dòng)態(tài)范圍，有助于在四個(gè)數(shù)量級(jí) （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(jī)時(shí)應(yīng)該考慮什么？

其中一個(gè)主要考慮因素是CCD相機(jī)的靈敏度。在評(píng)估相機(jī)的靈敏度時(shí)，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(dòng)態(tài)范圍

了解這些關(guān)鍵指標(biāo)將使您能夠評(píng)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(lái)自蛋白質(zhì)條帶的信號(hào)，同時(shí)最小化膜的背景。這被稱為信噪比 （SNR）。為了實(shí)現(xiàn)最佳的 SNR 比，您需要捕獲盡可能多的信號(hào)（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(gè)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(guò)程中產(chǎn)生的噪聲源的組合。攝像機(jī)讀出的速度越快，噪聲就越高。

暗噪聲是第二個(gè)噪聲源，在未施加任何信號(hào)時(shí)，由CCD內(nèi)部的熱運(yùn)動(dòng)引起的噪聲。冷卻相機(jī)可以減少暗信號(hào)，并允許更長(zhǎng)的積分時(shí)間，最長(zhǎng)可達(dá)幾個(gè)小時(shí)。想要獲得沒(méi)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(jī)。所有 G：Box Chemi 系列相機(jī)均采用帕爾帖冷卻，確保在拍攝長(zhǎng)時(shí)間曝光圖像時(shí)將暗噪點(diǎn)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(guò)校準(zhǔn)的恒定光源測(cè)量信號(hào)時(shí)，該值會(huì)波動(dòng)，看起來(lái)像是來(lái)自相機(jī)的噪聲。然而，這種效應(yīng)可以歸因于信號(hào)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(cè)量電子信號(hào)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(gè)入射光子釋放光電子的可能性為 80%。

QE 與波長(zhǎng)（光子能量）相關(guān)，因此，在感興趣的波長(zhǎng)處檢查相機(jī)傳感器的 QE 曲線非常重要。G：Box Chemi 系列相機(jī)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?yàn)榛瘜W(xué)發(fā)光在大約 425nm 的波長(zhǎng)下發(fā)射（參見(jiàn)圖表）。在對(duì)熒光進(jìn)行成像時(shí)，必須檢查您正在成像的熒光染料的感興趣波長(zhǎng)處的QE曲線，以確保您將從傳感器相機(jī)獲得最大靈敏度。

像素大小

相機(jī)傳感器中的像素收集光子并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。信號(hào)被數(shù)字化，相機(jī)可以根據(jù)每個(gè)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(hào)可以合并以創(chuàng)建單個(gè)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(shí)間。像素合并的缺點(diǎn)是它確實(shí)會(huì)導(dǎo)致分辨率損失。3 桶圖形通過(guò)桶中捕獲雨水來(lái)解釋這一點(diǎn)。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(duì)高像素傳感器的需求導(dǎo)致了傳感器設(shè)計(jì)的發(fā)展，并使越來(lái)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?yàn)橄袼卮笮��?huì)影響信噪比和動(dòng)態(tài)范圍。因此，在為凝膠文檔選擇像素大小時(shí)，考慮您的應(yīng)用非常重要。

 

 

動(dòng)態(tài)范圍

CCD相機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍是相機(jī)可以在單個(gè)圖像中捕獲的范圍，即對(duì)信號(hào)從最弱到最強(qiáng)的線性響應(yīng)（見(jiàn)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(duì)于動(dòng)態(tài)范圍有限的成像系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，同時(shí)對(duì)這兩件事進(jìn)行成像可能具有挑戰(zhàn)性。捕獲曝光時(shí)間長(zhǎng)的圖像可以檢測(cè)低表達(dá)的蛋白質(zhì)，并導(dǎo)致飽和或“過(guò)曝”條帶。

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

了解動(dòng)態(tài)范圍對(duì)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(lái)自蛋白質(zhì)條帶的信號(hào)落在成像系統(tǒng)的線性范圍內(nèi)。條帶強(qiáng)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(hào)很弱或太強(qiáng)，它們可能會(huì)受到噪聲的影響，然后成像系統(tǒng)無(wú)法再準(zhǔn)確記錄增加的信號(hào)（飽和），如圖所示。

在查看CCD相機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，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(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰減。當(dāng)像素中的電荷超過(guò)飽和水平時(shí)，電荷開(kāi)始填充相鄰像素，這一過(guò)程稱為光暈，導(dǎo)致圖像拖尾。當(dāng)像素飽和（光暈）時(shí)，CCD的線性響應(yīng)將開(kāi)始偏離并影響定量性能。

 

總之，相機(jī)的靈敏度受幾個(gè)因素的影響。在確定CCD相機(jī)的靈敏度時(shí)，請(qǐng)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(dòng)態(tài)范圍

• 滿肼容量

 

 

英國(guó)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(guò)10,000個(gè)研究機(jī)構(gòu)和超過(guò) 50,000位科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室，成功地為許多世界一線制藥公司和主要研究機(jī)構(gòu)有影響力的項(xiàng)目提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。Syngene是Synoptics集團(tuán)的一個(gè)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(shì)和特點(diǎn)，不僅向各廠商提供全系列的凝膠分析處理軟件，而且開(kāi)發(fā)了新一代凝膠分析儀。

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Bio-Gene將為您提供Syngene常規(guī)凝膠成像系統(tǒng)、專業(yè)化學(xué)發(fā)光成像系統(tǒng)、高級(jí)熒光化學(xué)發(fā)光成像系統(tǒng)以及2D電泳專業(yè)分析軟件等。歡迎感興趣的經(jīng)銷商和用戶前來(lái)咨詢更多產(chǎn)品細(xì)節(jié)。

 

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