应用分享 | 如何选择生物发光成像系统的探测器？

2021-06-28 18:15:29 牛津仪器科技（上海）有限公司

实验挑战背景

基于生物发光的基因报告系统具备超高检测灵敏度，已经广泛用于研究植物、细菌和小动物体内基因表达。基于荧光素酶报告基因的系统具备精确定量发生在复杂生物系统转录过程中微小变化的能力。与荧光标记系统相比，该系统产生的信号非常微弱；但是相应的，活体中固有的自发荧光带来的背景噪声也很低，而在荧光标记系统中，自发荧光会干扰和掩盖正常的信号；此外，该系统还避免了外加激发光系统对正常细胞生理学过程的干扰。因此，与其他方法相比，由生物发光系统得到的信息能更详细地揭示转录调控过程。

生物发光系统确实具备多项优势，但也给检测系统带来了许多挑战，而这挑战与典型的荧光显微成像探测大不相同。

灵敏度: 以酶催化底物为基础的生物发光反应过程产生的光子数量有限，因此使用的探测器必须具有超高灵敏度，以便通过长时间曝光捕获发出的光子，从而产生有用的信号。
超低噪声: 由于信号很弱，所以需要尽可能的降低背景噪声。在较长时间（10分钟甚至更长）曝光过程中，探测器必须具备尽可能低的暗电流，降低自身的热噪声。
定量精度: 蛋白表达、启动子的分析或细胞内信号传导通路的变化可能表现出重要但细微的差异。探测器必须能够区分这些差异以帮助阐明实验数据。
动态范围: 在同一幅图像中，需要较高的动态范围来捕获强、弱信号信息。

iKon-M深度制冷CCD相机广泛用于生物发光成像。该示例展示了发生在温度可控密封腔室内的植物成像过程，许多其他使用高通量孔板或微流控系统中也使用了此款相机。

技术解决方案

深度制冷CCD相机非常适合生物/化学发光的相关研究。CCD相机相比快速sCMOS相机具有更低的暗电流(多达1000倍)。这主要通过对CCD芯片进行深度冷却来尽可能消除暗电流后实现的，而这对于长时间曝光至关重要。CCD相机使用的芯片具有超高量子效率，同时具有超宽的波长响应，满足对一系列发光指示剂的发光光谱要求。另外还有一些型号具有定量测量所需的高线性度和高动态范围。

低读出噪声和超低暗电流的结合，iKon-M深度制冷CCD相机提供了超低背景噪声。这种超低背景噪声与大于90％的量子效率相结合，可实现最佳灵敏度。iKon-M CCD的性能在长时间曝光时体现的尤为明显。

iKon系列

用于植物发光成像的ANDOR相机解决方案

iKon CCD系列相机是ANDOR目前可用的最高灵敏的CCD相机，被选用于最具挑战性的生物发光实验。具备如此优异性能的关键是ANDOR专利的UltraVac^TM真空密封技术以及高效稳定的热电制冷至-100°C的超低制冷温度。iKon CCD能够将暗电流降至可能的最低水平，并结合高达95％的量子效率以提供超高的灵敏度。标准C接口的安装配件使iKon-M CCD可以灵活地耦合到显微镜，或作为定制光学装置的一部分耦合到镜头。

iKon-M用于生物发光实验中的要求和优点

左图为iKon-M 右图为iKon-L

生物/化学反应过程中的弱信号探测：iKon-M CCD相机在大多数酶催化荧光素的发射波长范围内具有超过90％的量子效率，极大可能捕获所有发出的光子。像素大小为13µm，1024x1024芯片格式，同时满足光子收集和高分辨率，符合行业标准的C接口镜头格式。增强了光子检测并加快了实验通量。

曝光数分钟的延长时间测量：iKon-M可冷却至-100°C的温度，可提供尽可能低的暗电流。即使长时间曝光20-30分钟，也可以获得超低本底噪声和最佳信噪比。在超低背景噪声下实现信号与噪声的分离。

精确记录生理学：超灵敏度与超高定量精度相结合。这使得有可能在转录水平上发现细微变化，例如由于昼夜节律引起的影响。对您的数据充满信心。

在一个图像中精确定量弱信号和强信号：信号处理能力高达130,000个电子，具备超高动态范围的能力。弱信号可以与强信号同时量化。这在实验设计中具有实际优势，可以在同一实验中探测到更广范围的信号。在一张图像中获得准确的生理数据。

质量与使用寿命：iKon-L为专利的UltraVac^TM真空芯片密封腔提供5年保修。久经考验的真空密封技术不仅对于制冷，而且对于保护背照式芯片免受湿气和冷凝的影响也至关重要。持续保持高性能。

参考文献：

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