------ 谈化学发光蛋白印迹成像和定量分析系统的选择

美国自然基因科技有限公司  马强

化学发光蛋白印记成像和定量分析系统是凝胶成像分析系统的延伸，它的设计原理是基于数字化成像，在特殊设计的集成化暗室环境下，通过调整镜头参数，对目的物进行拍摄。实际上化学发光法蛋白印记成像（Westernblotting）通常用来明确目的蛋白质是否存在，换句话讲，就是化学发光法能够很好地回答“有没有表达这种蛋白质?”。因为人眼是无法有效地分辨出这些信号的，因此我们需要有一种方法，能够提供很高的图像分辨率和很高的灵敏度。以往大家普遍采用的方法是压片子，认为胶片能够提供给我们相当高分辨率和高灵敏度。但是胶片带来的高成本和无法实时看到效果，也给我们代理了一些困惑。基于此，上个世纪末开始有顶级的凝胶成像厂家研究用摄像头拍摄蛋白印记，但是基于当时的科技水平，效果与胶片总是有那么一点点差距。就在人们对这项技术几乎绝望的时候，ALPHA的科学家们发现如果采用顶级的航天摄像头和特殊的镜头技术，完全可以超过与替代胶片。

 

我们知道，一般的化学发光信号是比较微弱的，人眼基本上是看不到的。在数字化的时代，我们采用的CCD摄像头，具备累计曝光的能力，也就是说，CCD摄像头具备持续曝光的能力，能够长时间的进行持续拍摄，并根据其自身的特性，能够有效地把微弱信号进行捕捉与还原。但是就不同种类的CCD来讲，之间的差别也是大相径庭的。简单讲，CCD摄像头就是利用其核心元器件—光和耦合器件（CCD）捕捉光信号，把该信号通过一系列的转换，在计算机上形成图像。按照技术模式其种类分为模拟与数字，目前一般低档次的凝胶成像均采用比较便宜的模拟摄像头，分辨率在30万像素左右，拍摄下来的图片基本一放大就会出现明显的马赛克。数字化摄像头的优点是信号损失小，无需经过更多的模数转换，但是采用不同技术的数字摄像头差别也是很大的。就其核心CCD成像芯片来讲，不同级别的芯片，从性能到价格都相差很远。比如300万像素的ICX252与140万像素的ICX285芯片，一般人都会认为分辨率高的摄像头比较好，其实不然，采用ICX285芯片的摄像头无论从线性度还是灵敏度等性能来讲都远远超过ICX252芯片的摄像头。还有一个重要的参数就是CCD芯片的尺寸，一般来讲有常见的有1/3，1/2，2/3英寸等规格，尺寸越大成像面积越大，同时感光元件的尺寸越大，所获得图像的细节也就越丰富。随着感光面积的增大，每一个感光点的面都可以排列得更加舒缓，在传输中可以保证更为清晰的画面细节，最终得到的结果是图像噪点与紫边现象大为减少，画面质量与灵敏度全面提升，更大的感光面积使得单位点上的图像颗粒更为细腻，整体的层次也更为丰富。

 

与普通数码照相机一样，我们还需要镜头来帮助成像，成像质量很大一部分也取决于镜头。镜头结构可以理解为镜头的构造，它主要是由镜片构成的。一个镜头往往是由多块镜片构成，然后镜头又会根据设计需要进行分组，无论采取几组几片的设计构造方式，镜头都要把被摄对象尽可能清晰、准确地还原。除了镜片数目，镜头的材质也是一个重要技术指标。一般厂家采用的都是工业CCTV镜头，摄像头的最大适用尺寸为2/3英寸，一般采用8-48变焦镜头的摄像头尺寸都在1/2英寸以下，而2/3英寸摄像头则采用12.5-75变焦镜头。如果镜头尺寸比摄像头CCD靶面尺寸大时，将使图像视野比镜头视野小，即不能很好地利用镜头的视野；如果镜头尺寸比摄像头CCD靶面尺寸小时，将发生“隧道效应”，即图像有圆形的黑框，像在隧道里拍的一样。

 

就化学发光蛋白印记成像和定量分析系统而言，首先我们要考虑的就是采用什么摄像头，采用什么镜头的问题。就摄像头而言，抛开其他参数，我们先要考虑的问题是采用什么型号的CCD芯片、多大尺寸。就ALPHA而言，全线产品采用的都是专业的天文用摄像头，采用KAI-4022芯片，尺寸均在1英寸以上，全16位数字输出，绝对量子效率可以达到86%，灵敏度极高，需要说明的是该系列摄像头也同样应用于美国NASA的外太空宇宙研究领域。基于超大尺寸的摄像头，一般的工业镜头根本无法满足其成像要求，ALPHA特别采用了专业单反镜头，应用于全线产品。采用全段焦距恒定大光圈，全幅面标准镜头，基本由12组15片组成，全镜采用SML超多层镀膜镜片，内置一枚极低色散ELD片，2片SLD，3片ASP镜片，配备超大镜头口径，不漏过任何一个光子，影像还原真实、细节表现力强、成像明锐清晰。

 

高端的摄像头匹配上专业镜头，是化学发光蛋白印记成像和定量分析系统的一个创举，使得捕捉微弱信号的能力大大增强。科学家们惊奇的发现，利用摄像头成像已经超过了胶片，真的可以抛弃胶片了，拥抱数字化学发光蛋白印记成像和定量分析系统的时代终于来到了。