凝膠成像系統基礎知識（一）

那么下面上海金鵬分析儀器有限公司為大家簡單介紹一下關于凝膠成像系統基礎知識（一）：

凝膠成像系統包括成像系統和分析凝膠圖片的軟件系統。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的功能參數。

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了。
但是對于準備做化學發光的用戶，他們需要對敏感度要求高，同時還要求比較寬的動態范圍。因為要想捕獲到微弱的化學發光，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，溫度越低，噪音就越低。因此，-25℃的優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發光，鏡頭的光圈則至關重要，一般F值越小，其通光量越大，而且成平方反比關系，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，反復手工調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。光源的種類和發光的均一度，濾光片的數量和暗箱的遮光效果等均在我們的考慮范圍之內。當然，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時，我們關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，產品就越好?
像素是要針對成像設備來看的，其實CCD本身的質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有什么區別，哪種芯片更好?
CCD和CMOS在制造上的主要區別是CCD是集成在半導體單晶材料上，而CMOS是集成在被稱做金屬氧化物的半導體材料上。
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制造工藝較復雜，采用CCD的攝像頭價格都會相對比較貴。事實上經過技術改造，目前CCD和CMOS的實際效果的差距已經減小了不少。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確。而CMOS的產品往往通透性一般，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，因此在攝像頭領域還是得到了廣泛的應用。
現在上等的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碼相機使用廉價的低檔CMOS芯片，成像質量比較差。普及型、上等型及專業型數碼相機使用不同檔次的CCD，個別專業型或準專業型數碼相機使用上等的CMOS芯片。代表成像技術未來發展的X3芯片實際也是一種CMOS芯片。
CCD與CMOS孰優孰劣不能一概而論，但一般而言，普及型的數碼相機中使用CCD芯片的成像質量要好一些。
3、如何看待CCD的一些主要技術參數?
CCD的主要技術參數有CCD尺寸，有效像素，信噪比，采集位數等。其中CCD尺寸與信噪比都是影響成像的關鍵因素，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，成像質量也就越好。采集位數指色彩灰度的表達范圍。如采集位數為8則表示有2的8次方數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了。
所以一般來講像素越多，成像也就越清晰細膩，當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，相同數目的像素，排列越密集，像素之間就越容易出現電流干擾，容易出現"噪點"等干擾成像質量的現象出現。由于制造工藝的限制，增加尺寸，成本將會以幾何級數提高。
現在大部分廠家的CCD為了提高圖像的靈敏度，會使用像素合并的技術，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。
5.什么是動態范圍值，它如何反映CCD的性能?
動態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系。一般動態范圍采用數量級來表示，這個數越大，表明動態范圍越寬。
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，動態范圍表示在一個圖像中*亮與*暗的比值。動態范圍的值越高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芯片就會發熱，沒有致冷設備的芯片，“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結構設計、數字化的方法等都會影響噪音的產生。當然通過改善結構、優化方法，同樣能減少噪音的產生。
制冷CCD的適用性：熒光及化學發光本身較弱，所以對CCD噪音的降低要求很高，應選用高分辨率數字冷卻CCD相機結合高通透鏡頭系統，使其能夠捕獲到信號其微弱的熒光及化學發光樣品圖像，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。
另外可選激發光源及多位濾鏡輪擴大了熒光/化學發光成像的應用范圍。所以一般在熒光及化學發光觀察時需要選擇制冷CCD。所以制冷CCD相機優良是優異分子影像成像分析系統的未來的發展趨勢和必須要求。
7.什么是信噪比和暗電流，它與CCD有什么關系?
提到制冷CCD ,我們就必須提到另外一個參數就是信噪比, 圖象的信噪比應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，CCD傳感器中像素產生的電荷。我們在做化學發光檢測的時候，需要的曝光的時候比較長，這樣導致CCD產生較多的暗電流，對圖像的質量影響非常大。
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℃(優良溫度，非室溫以下)下一般就可以達到您的要求了。
有的CCD是在圖像生成后，通過軟件去背景來扣除暗電流，對于信號遠遠強于背景的有一定效果，但是對于弱信號處理過程中會產生越來越多的錯誤。
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與入射到像素表面上的光子數之比。不同結構的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。動態范圍的值越高CCD性能越好.

以上就是上海金鵬分析儀器有限公司為大家整理總結凝膠成像系統基礎知識（一）。
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