一 、前言：
分子生物學(xué)作為一門基礎(chǔ)科學(xué)，分子生物學(xué)已滲透到現(xiàn)代生物學(xué)的各個(gè)學(xué)科分支，隨著生物學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)方法的不斷進(jìn)步，它的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大?，F(xiàn)在，生物學(xué)的影響已經(jīng)擴(kuò)展到食品、化工、環(huán)境保護(hù)、能源、冶金等等諸多領(lǐng)域的發(fā)展。
生物學(xué)的分支學(xué)科各有一定的研究?jī)?nèi)容而又相互依賴、互相交叉。此外，生命作為一種物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形態(tài)，有它自己的生物學(xué)規(guī)律，同時(shí)又包含并遵循物理和化學(xué)的規(guī)律。因此，生物學(xué)同物理學(xué)、化學(xué)有著密切的關(guān)系。生物分布于地球表面，是構(gòu)成地球景觀的重要因素。因此，生物學(xué)和地學(xué)也是互相滲透、互相交叉的。
二、如何選購(gòu)購(gòu)凝膠成像分析系統(tǒng)
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(lái)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。另外，外型也更加小巧、時(shí)尚。分子成像分析系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用逐漸的普遍化，市場(chǎng)上有很多種分子影像成像分析系統(tǒng)，如何選購(gòu)呢？長(zhǎng)沙雅力生物科技有限公司為您指明方向！
（一）、根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用范圍來(lái)區(qū)分：
1、普通凝膠成像分析系統(tǒng)：適用于對(duì)蛋白凝膠電泳(考馬斯染色，銀染)等可見(jiàn)光樣品，以及DNA/RNA（EB、TLC plates、SYBR Green）等紫外；進(jìn)行圖象采集并進(jìn)行定性和定量分析；
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(jiàn)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)；
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(jiàn)光凝膠成像分析系統(tǒng)，如：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、熒光板等的樣品檢測(cè)；
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；
三、凝膠成像分析系統(tǒng)的組成
凝膠成像系統(tǒng)的基本骨包含：CCD相機(jī)，暗室和分析軟件。不過(guò)其功能不僅對(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(xiě)，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(wàn)、500萬(wàn)像素的相機(jī)拍出來(lái)的片子沒(méi)有300像素的機(jī)子拍出來(lái)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(shuō)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(chǎng)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(wàn)左右，100萬(wàn)左右，140萬(wàn)左右，200萬(wàn)左右，300萬(wàn)左右，400萬(wàn)左右，500萬(wàn)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(guò)5-10秒，CCD芯片就會(huì)發(fā)熱，沒(méi)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(jiàn)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(guò)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*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)優(yōu)良是優(yōu)異分子影像成像分析系統(tǒng)的未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)和必須要求。
（1）、分辨率
分辨率的大小和像素值是分不開(kāi)的，像素指得是CCD能分別的*小的感光元件，我們平時(shí)說(shuō)的多少萬(wàn)像素就是這些感光元件的個(gè)數(shù)了。所以一般來(lái)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?。≒ixel 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。
現(xiàn)在大部分廠家的CCD為了提高圖像的靈敏度，會(huì)使用像素合并的技術(shù)，那么像素合并的意義是什么呢？
像素合并是一種非常有用的功能，它可被用來(lái)提高像素的大小和靈敏度，如圖所示分辨率為795512，像素大小為9u,當(dāng)經(jīng)過(guò)22合并后，變成398256，像素大小為18u.33合并后，變成265170，像素大小為27u,靈敏度提高9倍，這樣每個(gè)像素大小為27u.
（2）、動(dòng)態(tài)范圍值
動(dòng)態(tài)范圍表示在一個(gè)圖像中*亮與*暗的比值。
灰階表示在一種表征光亮度的方法，12bit表示從*暗到*亮等分為212＝4096個(gè)級(jí)別，16bit即分為216個(gè)級(jí)別，可見(jiàn)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(lái)說(shuō)，市場(chǎng)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(wàn)像素左右，對(duì)于真正的16bit，而像素值又近400萬(wàn)的CCD是非常少見(jiàn)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(lái)表示），每個(gè)CCD在讀數(shù)的過(guò)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）、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(zhǎng)有關(guān)。
（4）、信噪比
說(shuō)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(méi)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(zhǎng)，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(guò)降低CCD的溫度來(lái)*大限度的減少暗電流對(duì)成像的影響。下圖表明了暗電流與溫度的關(guān)系，從圖中我們可以看出，CCD產(chǎn)生的暗電流隨著溫度下降而減少，但是在-23℃下曲線開(kāi)始趨于平緩，由此可以看出溫度并非需要無(wú)休止的降低的。所以在選擇冷CCD時(shí)，溫度在-25℃（優(yōu)良溫度，非室溫以下）下一般就可以達(dá)到您的要求了。
有的CCD是在圖像*終生成后，通過(guò)軟件去背景來(lái)扣除暗電流，對(duì)于信號(hào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于背景的有一定效果，但是對(duì)于弱信號(hào)處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生越來(lái)越多的錯(cuò)誤。
以上是關(guān)于CCD的原理和影響因素的一些介紹，
（５）、光學(xué)鏡頭
光學(xué)鏡頭是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中*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(zhǎng)焦鏡頭；從視場(chǎng)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。
（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(lái)決定）
光源
激發(fā)波長(zhǎng)
吸收波長(zhǎng)
染料
Blue
475nm
537nm
SYBR Green、SYBR Gold、SYBR Safe、SYPRO Orange、Cy2等
Green
534nm
606nm
SYPRO Red、Cy3等
Red
632nm
609nm
Texas Red、Rhodamine Red 、Cy5等
（7）、數(shù)據(jù)傳輸
IEEE1394總線是一種目前為止*快的高速串行總線，火線（IEEE1394）支持的傳輸速率有100Mbps,200Mbps，400Mbps，*高的傳輸速度為400Mbps/s。對(duì)于各種需要大量帶寬的設(shè)備提供了專門的優(yōu)化，接口可以同時(shí)連接63個(gè)不同設(shè)備，IEEE1394同USB一樣，支持帶電插撥設(shè)備。IEEE1394同樣支持即插即用，現(xiàn)在的WIN98 SE、WIN2000、WIN ME、WIN XP都對(duì)IEEE1394支持的很好，在這些操作系統(tǒng)中用戶不用再安裝驅(qū)動(dòng)程序，也能使用IEEE1394設(shè)備。
（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(méi)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(wú)法發(fā)揮它應(yīng)有的功能。作為凝膠成像系統(tǒng)軟件功能和用途都基本相似，這里我們介紹一下*關(guān)注的幾個(gè)特點(diǎn)：
A、軟件的基本功能：可對(duì)不同樣品，如條帶，斑點(diǎn)，克隆，芯片，細(xì)胞或者活體動(dòng)物等，進(jìn)行定性、定量分析，加批注，輸出圖像等操作。
B、圖像采集方式：對(duì)于化學(xué)發(fā)光或多色熒光產(chǎn)品，軟件應(yīng)具備電影模式，可以進(jìn)行圖像多禎累計(jì)功能來(lái)增強(qiáng)線性動(dòng)態(tài)范圍和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。
C、操作簡(jiǎn)便，軟件應(yīng)具備操作輔助工具，使軟件操作更簡(jiǎn)單易用。*好采用三步式泳道及條帶分析可以快速計(jì)算蛋白質(zhì)和核酸的分子量及含量。
D、數(shù)據(jù)庫(kù)功能也是*的，這樣可以檢索、分類或比較所有生成的圖像。可利用不同的顯示算法程序圖像化顯示條帶差異。
E、曝光方式：應(yīng)采用單一曝光、多重曝光，累計(jì)曝光，延時(shí)（定時(shí)）曝光多種模式可選。
F、記憶功能：軟件能記憶并自動(dòng)調(diào)用成像數(shù)據(jù)，這樣你不用每次設(shè)置就能獲得重復(fù)性好的結(jié)果。
G、軟件應(yīng)配備兩套以上，使用單機(jī)版，多用戶版或網(wǎng)絡(luò)版，用戶可彼此獨(dú)立操作，互不干擾，互不混淆。
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