蛋白純化系統(tǒng)、超微量核酸蛋白測定儀、化學(xué)發(fā)光成像系統(tǒng)、凝膠成像分析系統(tǒng)、雙光束核酸蛋白檢測儀、紫外分析儀、紫外檢測儀、恒流泵、自動部分收集器等為核心的十幾個產(chǎn)品系列
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凝膠成像系統(tǒng)基礎(chǔ)知識（一）
日期：2024-10-19 06:20
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摘要：凝膠成像系統(tǒng)基礎(chǔ)知識（一）
那么下面上海嘉鵬科技有限公司為大家簡單介紹一下關(guān)于凝膠成像系統(tǒng)基礎(chǔ)知識（一）：
凝膠成像系統(tǒng)包括成像系統(tǒng)和分析凝膠圖片的軟件系統(tǒng)。我們在選購時需要分別從這兩個部分來考察凝膠成像系統(tǒng)的功能參數(shù)。
如果您主要用它來拍普通核酸膠或蛋白膠，那么幾乎市場上所有的成像儀都可以很好的滿足您的需求。這時除了價格這個決定因素外，能比較的也就是一些操作是否簡便等不太重要的指標(biāo)了。但是對于準(zhǔn)備做化學(xué)發(fā)光的用戶，他們需要對敏感度要求高，同時還要求比較寬的動態(tài)范圍。因為要想捕獲到微弱的化學(xué)發(fā)光，需要上佳的CCD相機和鏡頭。
一般來說，CCD相機的冷卻溫度和背景噪音息息相關(guān)，溫度越低，噪音就越低。因此，-25℃的優(yōu)良制冷溫度是對相機的**個要求(更低的溫度，噪音降低效果不明顯，而量子效率又會受很大影響);另外，較大的像素能夠提供更高的捕光效率;所以對于相同大小的CCD芯片，需要注意像素的尺寸。
鏡頭的參數(shù)就簡單了，由于我們只需要觀察近距離的樣品，而且一般可以調(diào)整樣品位置(有些廠家甚至提供電動樣品升降平臺)，所以基本無需選擇長鏡頭或者變焦鏡頭;但是，由于我們需要檢測微弱的化學(xué)發(fā)光，鏡頭的光圈則至關(guān)重要，一般F值越小，其通光量越大，而且成平方反比關(guān)系，因此我們一般需要選擇光圈F值盡量小的鏡頭。另外，如果鏡頭是電動的，我們可以省卻打開機箱，反復(fù)手工調(diào)整光圈和聚焦等的煩惱。
其他我們需要考慮的包括光源、濾光片和暗箱等部件。光源的種類和發(fā)光的均一度，濾光片的數(shù)量和暗箱的遮光效果等均在我們的考慮范圍之內(nèi)。當(dāng)然，一般如果成像儀的CCD和鏡頭配置不錯，一般這些部件也不會太差。
在選擇凝膠成像系統(tǒng)時，我們關(guān)注的問題通常有以下一些方面：
1、像素越高是不是成像更清晰，產(chǎn)品就越好?
像素是要針對成像設(shè)備來看的，其實CCD本身的質(zhì)量比單純的像素高低更重要。對于同級別CCD來說，重要的指標(biāo)是CCD的尺寸大小，尺寸越大其本身價值就成幾何倍地增長。
2. CCD和CMOS有什么區(qū)別，哪種芯片更好?
CCD和CMOS在制造上的主要區(qū)別是CCD是集成在半導(dǎo)體單晶材料上，而CMOS是集成在被稱做金屬氧化物的半導(dǎo)體材料上。
從原理上，CMOS的信號是以點為單位的電荷信號，而CCD是以行為單位的電流信號，前者更為敏感，速度也更快，更為省電。
但CCD制造工藝較復(fù)雜，采用CCD的攝像頭價格都會相對比較貴。事實上經(jīng)過技術(shù)改造，目前CCD和CMOS的實際效果的差距已經(jīng)減小了不少。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少，所以很多攝像頭生產(chǎn)廠商采用的CMOS感光元件。
在成像方面，相同像素下CCD的成像通透性、明銳度都很好，色彩還原、曝光可以保證基本準(zhǔn)確。而CMOS的產(chǎn)品往往通透性一般，對實物的色彩還原能力偏弱，曝光也都不太好，由于自身物理特性的原因，CMOS的成像質(zhì)量和CCD還是有一定距離的。但由于CMOS低廉的價格以及高度的整合性，因此在攝像頭領(lǐng)域還是得到了廣泛的應(yīng)用。
現(xiàn)在上等的CMOS并不比一般CCD差，但是CMOS工藝還不是十分成熟，普通的CMOS 一般分辨率低而成像較差。
目前的情況是，許多低檔入門型的數(shù)碼相機使用廉價的低檔CMOS芯片，成像質(zhì)量比較差。普及型、上等型及專業(yè)型數(shù)碼相機使用不同檔次的CCD，個別專業(yè)型或準(zhǔn)專業(yè)型數(shù)碼相機使用上等的CMOS芯片。代表成像技術(shù)未來發(fā)展的X3芯片實際也是一種CMOS芯片。
CCD與CMOS孰優(yōu)孰劣不能一概而論，但一般而言，普及型的數(shù)碼相機中使用CCD芯片的成像質(zhì)量要好一些。
3、如何看待CCD的一些主要技術(shù)參數(shù)?
CCD的主要技術(shù)參數(shù)有CCD尺寸，有效像素，信噪比，采集位數(shù)等。其中CCD尺寸與信噪比都是影響成像的關(guān)鍵因素，尺寸越大能接受的信號就越多。而熱噪音越低，信噪比就越高，成像質(zhì)量也就越好。采集位數(shù)指色彩灰度的表達(dá)范圍。如采集位數(shù)為8則表示有2的8次方數(shù)量的灰度來還原色彩。
4.什么是分辨率，它與像素值有什么關(guān)系?
分辨率的大小和像素值是分不開的，像素值是指CCD能分辨到的*小的感光元件，我們平時說的多少萬像素就是這些感光元件的個數(shù)了。
所以一般來講像素越多，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。但是高像素也不一定是好的CCD，其原因就是像素大小(PixelSize)，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"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，成本將會以幾何級數(shù)提高。
現(xiàn)在大部分廠家的CCD為了提高圖像的靈敏度，會使用像素合并的技術(shù)，像素合并是一種非常有用的功能，它可被用來提高像素的大小和靈敏度。
5.什么是動態(tài)范圍值，它如何反映CCD的性能?
動態(tài)范圍決定著你能否同時在一張膠上同時看到強的信號和弱的信號，而且他們之間能保持比較好的定量關(guān)系。一般動態(tài)范圍采用數(shù)量級來表示，這個數(shù)越大，表明動態(tài)范圍越寬。
灰階表示一種表征光亮度的方法，12bit表示從*暗到*亮等分為212=4096個級別，16bit即分為216個級別，可見bit值越高能分出的細(xì)微差別越大。目前來說，市場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200萬像素左右，對于真正的16bit，而像素值又近400萬的CCD是非常少見的。
簡單的說，動態(tài)范圍表示在一個圖像中*亮與*暗的比值。動態(tài)范圍的值越高CCD性能越好.
6. 為什么需要制冷CCD，它適用于哪些情況?
在曝光超過5-10秒時，CCD芯片就會發(fā)熱，沒有致冷設(shè)備的芯片，“熱”或者白的像素點就會遮蓋圖像，圖像到處可見雪花。
在相同滿井電子的CCD情況下，降低CCD噪音，就能提高CCD的監(jiān)測能力，熱或者暗電流對于CCD都是噪音，噪音在制冷 CCD中基本都可以被深度致冷的Peltier消除。
CCD結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)字化的方法等都會影響噪音的產(chǎn)生。當(dāng)然通過改善結(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相機結(jié)合高通透鏡頭系統(tǒng)，使其能夠捕獲到信號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)光觀察時需要選擇制冷CCD。所以制冷CCD相機優(yōu)良是優(yōu)異分子影像成像分析系統(tǒng)的未來的發(fā)展趨勢和必須要求。
7.什么是信噪比和暗電流，它與CCD有什么關(guān)系?
提到制冷CCD ,我們就必須提到另外一個參數(shù)就是信噪比, 圖象的信噪比應(yīng)該等于信號與噪聲的功率譜之比;說到信噪比就不得不提到暗電流了，因為暗電流是導(dǎo)致CCD噪音的很重要的因素。
暗電流指在沒有曝光的情況下，在一定的時間內(nèi)，CCD傳感器中像素產(chǎn)生的電荷。我們在做化學(xué)發(fā)光檢測的時候，需要的曝光的時候比較長，這樣導(dǎo)致CCD產(chǎn)生較多的暗電流，對圖像的質(zhì)量影響非常大。
通常情況下，通過降低CCD的溫度來限度的減少暗電流對成像的影響。CCD產(chǎn)生的暗電流隨著溫度下降而減少，但是在-23℃下曲線開始趨于平緩，由此可以看出溫度并非需要無休止的降低的。所以在選擇冷CCD時，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是在圖像生成后，通過軟件去背景來扣除暗電流，對于信號遠(yuǎn)遠(yuǎn)強于背景的有一定效果，但是對于弱信號處理過程中會產(chǎn)生越來越多的錯誤。
8.什么是量子效率?
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。值得注意的是CCD的量子效率與入射光的波長有關(guān)。動態(tài)范圍的值越高CCD性能越好.
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