万像素凝胶成像系统

摘要： 过去，研究人员为了确保凝胶结果完美需要进行辛苦的工作：通过不断重复进行保存凝胶，或者凝胶存档(a record of the gel)的工作，在记录他们辛辛苦苦得来的凝胶结果上花费了许多时间和精力。然而今天的我们已经不再需要如此手工化的操作了，我们可以利用许多商品化的凝胶成像系统快速而准确的记录下实验结果，并且可以方便地获得分析和组织实验的数据。而且凝胶成像系统也已经不仅仅是作为一种凝胶记录的手段，普遍应用于蛋白、DNA的凝胶记录中了，更是一种印迹分析，数据获得的方式　　Introduction　　过去，研究人员为了确保凝胶结果完美需要进行辛苦的工作：通过不断重复进行保存凝胶，或者凝胶存档(a record of the gel)的工作，在记录他们辛辛苦苦得来的凝胶结果上花费了许多时间和精力。然而今天的我们已经不再需要如此手工化的操作了，我们可以利用许多商品化的凝胶成像系统快速而准确的记录下实验结果，并且可以方便地获得分析和组织实验的数据。而且凝胶成像系统也已经不仅仅是作为一种凝胶记录的手段，普遍应用于蛋白、DNA的凝胶记录中了，更是一种印迹分析，数据获得的方式。　　不管是什么用途，刚开始的时候凝胶成像系统的组件都是相似的。Alpha Innotech的产品经理Hanh Lee就曾说，“表面上看来，所有的凝胶成像系统看上去和操作起来很相似：它们都有一个相机、一个黑暗的‘围栏’与获取和分析凝胶图片的软件。”但是，更深入的进行了解，你就会发现大部分凝胶成像系统提供了不同的产品特性来满足不同科学研究的需要。　　要挑选一个合适的凝胶成像系统，各人需要根据目前的预算和将来研究需要来决定，市场上有众多的类型和型号可供选择，但是大家要务必记住经常留意最新的产品动向——快速发展的光学技术和成像分析软件也许能实现你以前想都不敢想的方便操作。　　A range of specifications for far-ranging needs　　首先值得一提的当然是分别在在2004年和2006年获得凝胶成像分析系统生命科学产业奖的Bio-Rad公司的产品，Bio-Rad公司提供了各种不同的产品特性满足客户的不同科学研究需要。例如，Bio-Rad公司的ChemiDoc XRS系统就是为高分辨率的化学发光和荧光成像用途设计的。该系统的特点包括：1.3兆的超级冷却CCD照相机、一个紧密不透光的暗室、一个滑行的透射仪、一个的由软件控制变焦、聚焦、光圈、实时成像和动态平场处理的伸缩镜头。该公司还提供另外一种更基础用途的型号Gel Doc XR，主要用于快速高分辨率成像，但没有化学发光成像功能。该系统包含一个暗室、一个1.4兆像素的CCD照相机、UV和白光照明、琥珀色滤光玻片和UV防护罩。Gel Doc XR系统也可以升级为ChemiDoc XRS系统，两种系统都包含了图像获取和分析软件 ——Quantity One。虽然像ChemiDoc XRS等系统的高科技特性对于新用户来说听起来有点不习惯，但是Bio-Rad公司的CCD成像技术产品经理Jill Raymond表示，“Bio-Rad的凝胶成像系统的关键特点就是设计的简易性——几乎能满足所有顾客的需要。”　　Bio-Rad公司还提供两种分辨率更高和灵敏度更好的凝胶成像系统型号：VersaDoc Model 4000和VersaDoc Model 5000。VersaDoc Model 4000系统具备一个3.2兆像素的CCD相机，提供了最佳的分辨率。该系统尤其适用于蛋白组分析，例如可以利用Quantity One 1-D分析软件来估计蛋白样品的分子量和数量，也可以利用PDQuest 2-D分析软件来分析蛋白表达产物的差异。　　VersaDoc Model 5000系统则运用了高级的量子效应、蓝光增强的CCD相机，该相机通过过冷光源(supercooled)来优化低亮度情况下的图片成像。通过Quantity One 1-D分析软件就能轻松估计样品的丰度差异。　　知名的Alpha Innotech公司在科学研究和预算要求方面也提供了广泛的，可供选择的产品，　　比如目前相对新型和高端的产品——FluorChem SP，这是一种可以用于化学发光、荧光、和可见光应用的产品。　　Alpha Innotech公司宣称通过FluorChem SP，希望能设定近期发展起来的电子致冷型CCD(cooled CCD camera)相机技术的行业标准，包括分辨率、灵敏度、动态范围和性能等方面的标准。而且Alpha Innotech也相信他们公司提供的相机产品的规格有着其他公司不能比拟之处：高分辨率(科学研究级的CCD)、4兆象素、低信噪比、低暗电流(dark current)、绝对的和可调的制冷温度(用于更高端的系统)。　　除了4兆象素的分辨率外，FluorChem SP还提供了Alpha Innotech公司的AlphaEaseFC软件。其特有的算法通过三维图像轮廓成像、图像锐化和降低信噪比等技术改进了成像分辨率。AlphaEaseFC软件提供了可以简单易用的单击完成1D泳道分析、2D点密度、MW/Rf(分子量/迁移率)计算、克隆和细胞计数、微量滴定盘分析、芯片分析、物距测量和凝胶评分等功能。　　另一方面，Alpha Innotech公司也提供给用户一种经济实惠的选择——入门级的AlphaDigiDocRT 2产品，这是一种实时的凝胶成像系统，只要具备一台电脑(通过USB连接)、一台UV透射仪就能使用。当然这是一种stand-alone版的成像产品，也就意味着它不具备一些昂贵的系统提供的许多图像分析选项。　　AlphaDigiDocRT 2具有高达8兆的分辨率(8位灰度或者24位彩色成像)、在软件控制下具有4倍的光学变焦和自动聚焦等性能。该系统还包含了AlphaEaseFC图像获取软件，用于控制变焦、自动聚焦、分辨率和曝光时间，含有自动图像增强和数据管理工具，除此之外AlphaDigiDocRT 2外形小巧，经济实惠，是小型和拥挤的实验室的理想选择之一。　　The importance of upgradeability　　假如你现在就需要一台凝胶成像系统，虽然目前你们实验室很小并且预算很紧，或者你不需要很多花俏的凝胶成像系统的功能，但是预知将来可能会需要更多复杂的性能的时候，最好购买一台能允许你升级到满足你将来需要的凝胶成像系统。　　有一些公司提供了这种服务，比如Alpha Innotech公司——任何顾客购买了带有DE-500操作室的入门级凝胶成像系统，就对系统进行升级而不需要买一套全新的系统。另外以上提到的Bio-Rad公司的GelDoc XR 和ChemiDoc XRS也是可升级的系统。　　除此之外，Kodak公司的分子成像系统就其高级市场专员Allison Sova的表述：“Kodak公司的Gel Logic的凝胶成像系统家族使得研究者能选择目前所需要的性能，并且可以将来可以经济而简易的升级系统以满足将来的需要。简单的来说，Kodak公司提供给研究者更大的灵活性来满足他们实验室对成像能力不断增加的要求”，也是一种可以升级的系统。　　Kodak’s Gel Logic 100是Kodak公司的基础型成像系统，它包含一个1兆象素的数码CCD相机、一个Gel Logic成像操作室、一个溴化乙锭带通滤波器。并且Kodak公司award-winning Molecular Imaging软件提供了其他成像系统所没有的特性，该软件可以在Mac操作系统或者Windows操作系统中使用。假如Gel Logic 100系统还不能满足你的需要，Kodak公司还提供了完整系列的数码凝胶成像和印迹成像系统——DNA 和 RNA凝胶成像，或者蛋白凝胶、印迹、或者平板成像等。　　比如Gel Logic 2200数码成像系统，Gel Logic 2200数码成像系统是Kodak公司顶级的凝胶成像系统。 Gel Logic 2200运用了2.2兆像素致冷型CCD相机，适用于更高灵敏度的化学发光和低亮度荧光检测，该系统还整合了白光和紫外光光源。Kodak公司称，该系统能检测皮摩尔至飞摩尔水平的荧光信号，达到与放射性自显影胶卷一样的灵敏度。　　另外，大范围生产凝胶成像系统的厂商还有Syngene——Synoptics公司的一个分公司。Synoptics公司的Paru Oatey说“基本上你可以根据研究需要和经费预算来选择相机、光源和滤光镜等配置，这将确保不会在一个系统中不需要的部件上花费多余的钱。”　　InGenius是Syngene公司的低预算型凝胶成像产品，可以根据选择不同的相机达到不同的分辨率。InGenius系统小巧易用，包括一个暗室，一个0.3-2兆像素的CCD相机(视型号而定)。　　G Box是该公司的另一个高端产品，一个更先进的凝胶成像和分析系统。该系统可以根据不同的应用选择三种不同分辨率的CCD相机，可以选择自动伸缩镜头或者手工镜头，电脑驱动或者手动滤光选择器，根据不同用途的光源选择，符合人体工程学外形设计的暗室。Syngene公司最近推出了一款高分辨率的G Box型凝胶成像产品——G Box Chemi XT16，该系统具有一个超致冷型、低噪音、高分辨率的4兆像素的CCD相机，适合灵敏的化学发光用途。除了自带的暗箱外，系统还包括安置在头顶的白光和紫外光透射光源。每一台

1、是不是像素越高，产品就越好？ 　　像素是要针对成像设备来看的，比如数码相机与CCD的像素就不具备可比性，其次CCD本身的质量比单纯的像素高低更重要。对于同级别CCD最重要的指标是其大小，也就是CCD尺寸，尺寸越大其本身价值就成几何倍地增长。 　　2、配件紫外反射灯源的主要用途为何？ 　　紫外反射灯源使用并不广泛，主要是提供非透明材质的DNA跑胶载体如纸层析等的成像需要而使用。由于比较常用的还是透明的琼脂糖凝胶与聚丙烯酰胺凝胶，透射光源完全可以满足，因此将紫外反射光源作为选配件不列入标配中。 　　3、能否在凝胶成像上直接切胶？ 　　领成tocan凝胶成像可以，如需直接切胶，首先按系统中间的观察窗，打开装有进口防紫外玻璃的观察窗口，然后打开左右两侧专为割胶所设计的小门，即可进行切胶操作。　　4、如何调节焦距 聚焦 光圈以获得高质量的图片？ 　　三个最重要的可调参数分别是焦距 聚焦和光圈。其中焦距调节清晰度，聚焦调节图像大小，光圈调节明暗。一般先把光圈调节到适宜的亮度后，再调节聚焦将图像放到最大，最后调解焦距，在图像较大的情况下焦距比较容易调节到最清晰状态，然后再把图像缩放在适宜大小后成像即可。

凝胶成像系统包括成像系统和分析凝胶图片的软件系统。我们在选购时需要分别从这两个部分来考察凝胶成像系统的功能参数。　　如果您主要用它来拍普通核酸胶或蛋白胶，那么几乎市场上所有的成像仪都可以很好的满足您的需求。这时除了价格这个决定因素外，能比较的也就是一些操作是否简便等不太重要的指标了。　　但是对于准备做化学发光的用户，他们需要对敏感度要求高，同时还要求比较宽的动态范围。因为要想捕获到微弱的化学发光，需要上佳的CCD相机和镜头。　　一般来说，CCD相机的冷却温度和背景噪音息息相关，温度越低，噪音就越低。因此，-25℃的绝对制冷温度是对相机的第一个要求(更低的温度，噪音降低效果不明显，而量子效率又会受很大影响);另外，较大的像素能够提供更高的捕光效率;所以对于相同大小的CCD芯片，需要注意像素的尺寸。　　镜头的参数就简单了，由于我们只需要观察近距离的样品，而且一般可以调整样品位置(有些厂家甚至提供电动样品升降平台)，所以基本无需选择长镜头或者变焦镜头;但是，由于我们需要检测微弱的化学发光，镜头的光圈则至关重要，一般F值越小，其通光量越大，而且成平方反比关系，因此我们一般需要选择光圈F值尽量小的镜头。另外，如果镜头是电动的，我们可以省却打开机箱，反复手工调整光圈和聚焦等的烦恼。　　其他我们需要考虑的包括光源、滤光片和暗箱等部件。光源的种类和发光的均一度，滤光片的数量和暗箱的遮光效果等均在我们的考虑范围之内。当然，一般如果成像仪的CCD和镜头配置不错，一般这些部件也不会太差。　　在选择凝胶成像系统时，我们关注的问题通常有以下一些方面：1、像素越高是不是成像更清晰，产品就越好?　　像素是要针对成像设备来看的，其实CCD本身的质量比单纯的像素高低更重要。对于同级别CCD来说，最重要的指标是CCD的尺寸大小，尺寸越大其本身价值就成几何倍地增长。　　2. CCD和CMOS有什么区别，哪种芯片更好?　　CCD和CMOS在制造上的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上，而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上。　　从原理上，CMOS的信号是以点为单位的电荷信号，而CCD是以行为单位的电流信号，前者更为敏感，速度也更快，更为省电。　　但CCD制造工艺较复杂，采用CCD的摄像头价格都会相对比较贵。事实上经过技术改造，目前CCD和CMOS的实际效果的差距已经减小了不少。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少，所以很多摄像头生产厂商采用的CMOS感光元件。　　在成像方面，相同像素下CCD的成像通透性、明锐度都很好，色彩还原、曝光可以保证基本准确。而CMOS的产品往往通透性一般，对实物的色彩还原能力偏弱，曝光也都不太好，由于自身物理特性的原因，CMOS的成像质量和CCD还是有一定距离的。但由于CMOS低廉的价格以及高度的整合性，因此在摄像头领域还是得到了广泛的应用。　　现在高级的CMOS并不比一般CCD差，但是CMOS工艺还不是十分成熟，普通的CMOS 一般分辨率低而成像较差。　　目前的情况是，许多低档入门型的数码相机使用廉价的低档CMOS芯片，成像质量比较差。普及型、高级型及专业型数码相机使用不同档次的CCD，个别专业型或准专业型数码相机使用高级的CMOS芯片。代表成像技术未来发展的X3芯片实际也是一种CMOS芯片。　　CCD与CMOS孰优孰劣不能一概而论，但一般