凝胶成像基础知识.

凝胶成像系统基础知识
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，但一般而言，普及型的数码相机中使用CCD芯片的成像质量要好一些。

3、如何看待CCD的一些主要技术参数?
CCD的主要技术参数有CCD尺寸，有效像素，信噪比，采集位数等。

其中CCD尺寸与信噪比都是影响成像的关键因素，尺寸越大能接受的信号就越多。

而热噪音越低，信噪比就越高，成像质量也就越好。

采集位数指色彩灰度的表达范围。

如采集位数为8则表示有2的8次方数量的灰度来还原色彩。

4.什么是分辨率，它与像素值有什么关系?
分辨率的大小和像素值是分不开的，像素值是指CCD能分辨到的最小的感光元件，我们平时说的多少万像素就是这些感光元件的个数了。

所以一般来讲像素越多，成像也就越清晰细腻，当然这其中还要受许多因素限制。

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，相同数目的像素，排列越密集，像素之间就越容易出现电流干扰，容易出现"噪点"等干扰成像质量的现象出现。

由于制造工艺的限制，增加尺寸，成本将会以几何级数提高。

现在大部分厂家的CCD为了提高图像的灵敏度，会使用像素合并的技术，像素合并是一种非常有用的功能，它可被用来提高像素的大小和灵敏度。

5.什么是动态范围值，它如何反映CCD的性能?
动态范围决定着你能否同时在一张胶上同时看到强的信号和弱的信号，而且他们之间能保持比较好的定量关系。

一般动态范围采用数量级来表示，这个数越大，表明动态范围越宽。

灰阶表示一种表征光亮度的方法，12bit表示从最暗到最亮等分为212=4096个级别，16bit即分为216个级别，可见bit值越高能分出的细微差别越大。

目前来说，市场上主流的凝胶成像的CCD以12bit为主，16bit的仪器一般情况下，分辨率均在200万像素左右，对于真正的16bit，而像素值又近400万的CCD是非常少见的。

简单的说，动态范围表示在一个图像中最亮与最暗的比值。

动态范围的值越高CCD性能越好.
6. 为什么需要制冷CCD，它适用于哪些情况?
在曝光超过5-10秒时，CCD芯片就会发热，没有致冷设备的芯片，“热”或者白的像素点就会遮盖图像，图像到处可见雪花。

在相同满井电子的CCD情况下，降低CCD噪音，就能提高CCD的监测能力，热或者暗电流对于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结构设计、数字化的方法等都会影响噪音的产生。

当然通过改善结构、优化方法，同样能减少噪音的产生。

制冷CCD的适用性：荧光及化学发光本身较弱，所以对CCD噪音的降低要求很高，应选用高分辨率数字冷却CCD相机结合高通透镜头系统，使其能够捕获到信号极其微弱的荧光及化学发光样品图像，并且能够最大程度的降低噪音，减少背景，提供出色的图像清晰度。

另外可选激发光源及多位滤镜轮扩大了荧光/化学发光成像的应用范围。

所以一般在荧光及化学发光观察时需要选择制冷CCD。

所以制冷CCD相机绝对是高端分子影像成像分析系统的未来的发展趋势和必须要求。

7.什么是信噪比和暗电流，它与CCD有什么关系?
提到制冷CCD ,我们就必须提到另外一个参数就是信噪比, 图象的信噪比应该等于信号与噪声的功率谱之比;说到信噪比就不得不提到暗电流了，因为暗电流是导致CCD噪音的很重要的因素。

暗电流指在没有曝光的情况下，在一定的时间内，CCD传感器中像素产生的电荷。

我们在做化学发光检测的时候，需要的曝光的时候比较长，这样导致CCD产生较多的暗电流，对图像的质量影响非常大。

通常情况下，通过降低CCD的温度来最大限度的减少暗电流对成像的影响。

CCD产生的暗电流随着温度下降而减少，但是在-23℃下曲线开始趋于平缓，由此可以看出温度并非需要无休止的降低的。

所以在选择冷CCD时，温度在-25℃(绝对温度，非室温以下)下一般就可以达到您的要求了。

有的CCD是在图像最终生成后，通过软件去背景来扣除暗电流，对于信号远远强于背景的有一定效果，但是对于弱信号处理过程中会产生越来越多的错误。

8.什么是量子效率?
CCD的量子效率也称像素灵敏度，指在一定的曝光量下,像素势阱中所积累的电荷数与入射到像素表面上的光子数之比。

不同结构的CCD其量子效率差异很大。

值得注意的是CCD的量子效率与入射光的波长有关。

动态范围的值越高CCD性能越好.
9.如何选择光学镜头?
光学镜头是机器视觉系统中必不可少的部件，直接影响成像质量的优劣，影响算法的实现和效果。

光学镜头规格繁多，有时不免头晕。

光学镜头从焦距上可分为短焦镜头、中焦镜头，长焦镜头;从视场大小分有广角、标准，远摄镜头;结构上分有固定光圈定焦镜头，手动光圈定焦镜头，自动光圈定焦镜头，手动变焦镜头、自动变焦镜头，自动光圈电动变焦镜头，电动三可变(光圈、焦距、聚焦均可变)镜头等。

10.常用的数据传输的方式是什么?
IEEE1394总线是一种目前为止最快的高速串行总线，火线(IEEE1394)支持的传输速率有
100Mbps,200Mbps，400Mbps，最高的传输速度为400Mbps/s。

对于各种需要大量带宽的设备提供了专门的优化，接口可以同时连接63个不同设备，IEEE1394同USB一样，支持带电插拨设备。

IEEE1394同样支持即插即用，现在的WIN98SE、WIN2000、WINME、WIN XP都对IEEE1394支持的很好，在这些操作系统中用户不用再安装驱动程序，也能使用IEEE1394设备。

11.软件功能包括哪几个方面?
选择好成像系统后，配套的软件选择也很重要。

硬件设备再好，如果不配上好的软件，也无法发挥它应有的功能。

作为凝胶成像系统软件功能和用途都基本相似，这里我们介绍一下最关注的几个特点：
A、软件的基本功能：可对不同样品，如条带，斑点，细菌克隆，芯片，细胞或者活体动物等，进行定性、定量分析，加批注，输出图像等操作。

B、图像采集方式：对于化学发光或多色荧光产品，软件应具备电影模式，可以进行图像多祯累计功能来增强线性动态范围和数据准确度。

C、操作简便，软件应具备操作辅助工具，使软件操作更简单易用。

最好采用三步式泳道及条带分析，可以快速计算蛋白质和核酸的分子量及含量。

D、数据库功能也是必不可少的，这样可以检索、分类或比较所有生成的图像。

可利用不同的显示算法程序图像化显示条带差异。

E、曝光方式：应采用单一曝光、多重曝光，累计曝光，延时(定时)曝光多种模式可选。

F、记忆功能：软件能记忆并自动调用成像数据，这样你不用每次设置就能获得重复性好的结果。

G、软件应配备两套以上，使用单机版，多用户版或网络版，用户可彼此独立操作，互不干扰，互不混淆。

12、为何要采用自动变焦镜头，有何意义?
自动变焦镜头无需手动调节，可操作性强，同时也减少了EB潜在的污染机会。

再者使得将CCD内置成为了可能，从而达到防灰防尘防震的目的，更好地保护了核心部件延长产品的使用寿命。

13、紫外对人体有伤害，是否具有防护措施?
紫外对人体，特别是眼睛有一定伤害，TOCAN凝胶成像系统具备紫外防护设施，在紫外灯开启的状态下，如不慎打开暗箱，紫外灯会自动熄灭防止对人体的伤害。

14、能否在凝胶成像上直接切胶?
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。

15、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。