在凝膠和蛋白質(zhì)印迹膜中(zhōng)，數字電(diàn)荷耦合器件 (CCD) 成像儀的主要應用(yòng)都是對蛋白質(zhì)和 DNA 進行成像和分(fēn)析。現代 CCD 相機的靈敏度和寬動态範圍使人們對量化和便捷性充滿信心，而這些是暗室沖洗膠片所達不到的。

為(wèi)了進一步完善 CCD 成像，Amersham ImageQuant 800 生物(wù)分(fēn)子成像儀可(kě)減少噪聲、提高分(fēn)辨率，從而提供更卓越的圖像質(zhì)量。

圖像噪聲限制了可(kě)從曝光中(zhōng)準确分(fēn)析的信号強度範圍。分(fēn)辨率差會限制圖像上精(jīng)細細節的展現，例如凝膠上間隔很(hěn)近的條帶。ImageQuant 800 生物(wù)分(fēn)子成像儀克服了這些挑戰，它采用(yòng)新(xīn)穎的自動曝光設置、優化信噪比觀察 (SNOW) 模式，無需像素合并即可(kě)實現高分(fēn)辨率成像。

CCD 成像儀和實驗室成像的另一項挑戰是研究人員需要成像的樣品類型千差萬别，這些樣品類型需要的照明模式也迥然相異。實驗室通常有(yǒu)多(duō)個成像系統專門針對不同的應用(yòng)，包括帶彩色标記的印迹膜發光檢測、需要 UV 照明的 DNA 凝膠、培養皿中(zhōng)的菌落以及多(duō)孔闆中(zhōng)的測定。

ImageQuant 800 系統為(wèi)各種樣品類型提供靈活性，還有(yǒu)高質(zhì)量的圖像生成，這使得它在一系列應用(yòng)中(zhōng)脫穎而出。該系統非常适合于需要已校準的 Coomassie™ 染色凝膠光密度測量的質(zhì)量控制實驗室，以及要求 ECL 蛋白質(zhì)印迹實驗有(yǒu)盡可(kě)能(néng)大動态範圍的科(kē)研實驗室。

探索 ImageQuant 800 CCD 生物(wù)分(fēn)子成像儀的全部功能(néng)

自動信噪比優化 提供好的圖像質(zhì)量

許多(duō)實驗室 CCD 成像系統都有(yǒu)自動曝光模式。對于蛋白質(zhì)印迹，這些模式試圖在高強度條帶飽和與低強度條帶曝光不足之間找到一個适當折中(zhōng)的曝光時間。結果就是動态範圍受到限制，而且很(hěn)難在高強度條帶存在時對低強度條帶進行定量。當目标蛋白與高表達蛋白同時存在時，就會出現這種困難。

ImageQuant 800 系統采用(yòng)獲得智能(néng) SNOW 成像算法來自動找到信噪比 (S/N)，盡量減少用(yòng)戶輸入或猜測。這種方法提供了檢測低強度條帶所需的靈敏度；在傳統成像方法中(zhōng)，如果不增加高強度條帶的飽和度，就無法将低強度條帶可(kě)視化。

SNOW 成像模式過程涉及以下步驟：

預先曝光，确定曝光時間

選擇目标區(qū)域和背景

多(duō)次自動曝光，連續取平均值來找到信噪比

SNOW 成像模式與其他(tā)自動曝光模式的區(qū)别是，它通過捕捉多(duō)個圖像并連續進行信号平均來工(gōng)作(zuò)。這種圖像平均過程大程度地降低了噪聲，從而提高了信噪比（圖 1）。

圖 1. 通過 SNOW 算法進行圖像捕捉和平均，減少了噪聲，從而大限度地提高了信噪比。(A) 從第一次捕捉到捕捉 73 次後的平均值，用(yòng) SNOW 算法得出連續平均 7.5 秒(miǎo)曝光的曲線(xiàn)圖，顯示 (B) 噪聲減少且信号穩定，這使得 (C) 信噪比提高。

在 SNOW 成像過程中(zhōng)，用(yòng)戶隻輸入一次，就是在預曝光期間選擇背景和目标區(qū)域。随後，用(yòng)戶可(kě)實時觀察目标區(qū)域的信噪比不斷提高，直到系統達到信噪比。圖 2 顯示了 SNOW 過程是如何減少背景噪聲和提高信噪比的。

圖 2. 正在運行中(zhōng)的 ImageQuant 800 系統控制軟件和 SNOW 曝光模式。在圖像平均過程中(zhōng)，轉印到蛋白質(zhì)印迹膜上的一系列帶 Cy5 标記的抗體(tǐ)稀釋液的圖像持續更新(xīn)。在該圖中(zhōng)，信噪比接近其大值。之後，當信噪比開始降低時，SNOW 模式自動停止，軟件以大信噪比保存圖像。

使用(yòng) SNOW 算法後，無需再用(yòng)傳統的試錯法來猜測找出曝光時間。這種自動化模式提高了所有(yǒu)目标條帶都在廣泛線(xiàn)性動态範圍内的幾率，不需要重複實驗或使多(duō)個印迹或 DNA 凝膠顯影，從而提高了蛋白質(zhì)印迹或 DNA 凝膠工(gōng)作(zuò)流程的效率和生産(chǎn)率。圖 3 比較了對蛋白質(zhì)印迹成像采用(yòng)不同曝光的情況，顯示這些方法對圖像背景噪聲的不同影響。

圖 3. 在化學(xué)發光模式下對蛋白質(zhì)印迹采用(yòng)傳統成像方法和 SNOW 成像方法的結果比較。（A 和 B）傳統成像，曝光時間短。(C) ImageQuant 800 CCD 成像儀上運行的 93 秒(miǎo) SNOW 檢測模式，采用(yòng)多(duō)次短曝光并對圖像進行平均來減少噪聲。(D) 單次 93 秒(miǎo)曝光，不使用(yòng) SNOW 算法。與傳統成像方法相比，SNOW 檢測模式産(chǎn)生的線(xiàn)性動态範圍寬，背景噪聲小(xiǎo)，因而能(néng)夠從更寬的信号強度範圍内對蛋白質(zhì)條帶進行可(kě)視化和量化，而無需提高條帶的飽和度。

要達到這一級别的信噪比優化，不僅需要 SNOW 算法，還需要強大的光學(xué)和硬件，也就是高分(fēn)辨率、830 萬像素的 CCD 相機和大光圈 F 0.74 富士™ 鏡頭。ImageQuant 800 系統是 10 年持續合作(zuò)的結晶，結合了富士膠片在光學(xué)領域的專業水準與我們在生命科(kē)學(xué)成像方面的專長(cháng)。

通過蛋白質(zhì)印迹分(fēn)析更深入地了解蛋白質(zhì)水平

CCD 數字成像和 X 射線(xiàn)膠片的另一個共同的挑戰是，在同一印迹上區(qū)分(fēn)間隔緊密的條帶和多(duō)條不同的蛋白質(zhì)條帶。要克服這項挑戰，通常需要以下策略：

延長(cháng)聚丙烯酰胺凝膠電(diàn)泳 (PAGE) 的運行時間，希望間隔緊密的條帶能(néng)夠充分(fēn)分(fēn)離，以便于分(fēn)辨

重複蛋白質(zhì)印迹實驗

進行剝離并使用(yòng)其他(tā)一抗重新(xīn)孵育

對于總蛋白染色，區(qū)分(fēn) Coomassie 染色凝膠上的條帶可(kě)能(néng)較為(wèi)困難；不過，使用(yòng)側面照明和透射白光照明結合 ImageQuant 800 CCD 成像儀的高分(fēn)辨率相機，可(kě)以區(qū)分(fēn)間隔僅有(yǒu) 0.5 mm 且分(fēn)子量相似的蛋白質(zhì)（圖 4A）。

為(wèi)了靶向多(duō)種蛋白質(zhì)，熒光蛋白質(zhì)印迹提供了一種簡單的方法來替代化學(xué)發光。在雙色紅外（IR）照明功能(néng)的支持下，ImageQuant 800 系統可(kě)對同一印迹上的多(duō)種蛋白質(zhì)進行多(duō)重檢測（圖 4B）。

圖 4. 在 ImageQuant 800 CCD 成像儀上通過熒光區(qū)分(fēn)間隔很(hěn)近的條帶與多(duō)種蛋白質(zhì)的成像。(A) 對 Coomassie 染色凝膠的高分(fēn)辨率比色成像展現了區(qū)分(fēn)凝膠上間隔 0.5 mm 條帶的能(néng)力。(B) 對蛋白質(zhì)印迹硝化纖維素膜的三色多(duō)重疊加圖像。在同一印迹上，使用(yòng)長(cháng) IR（紅色）LED-濾光片組合檢測到的目标 ERK 蛋白質(zhì)，以及用(yòng)短 IR（綠色）LED-濾光片組合檢測到的 GAPDH。

擴大 CCD 成像儀的應用(yòng)

蛋白質(zhì)印迹分(fēn)析是 CCD 成像儀在許多(duō)實驗室中(zhōng)的主要應用(yòng)。盡管某些 CCD 系統可(kě)對其他(tā)應用(yòng)進行成像，但這些成像儀在設計時可(kě)能(néng)沒考慮到這些應用(yòng)。要适應這些場景，可(kě)能(néng)需要更改硬件和設置，這會使工(gōng)作(zuò)流程變得複雜。此外，也可(kě)能(néng)損害圖像質(zhì)量或靈敏度。

相比之下，ImageQuant 800 CCD 成像儀可(kě)簡化并提供适合廣泛應用(yòng)的高質(zhì)量圖像，而且内置了靈活的照明選項和廣泛的适用(yòng)樣品類型。比如，光源模式包括：

側面白光（470 nm 至 656 nm）

側面 UV (360 nm)

側面 RGB（635 nm、460 nm 和 535 nm）

側面短 IR (660 nm)

側面長(cháng) IR (775 nm)

透射白光

借助這些照明選項和各種可(kě)自定義的濾光片，用(yòng)戶使用(yòng)一台儀器就能(néng)對各種樣品進行全光譜成像。這種靈活性使得用(yòng)戶能(néng)夠完成一系列有(yǒu)用(yòng)的研究功能(néng)和應用(yòng)，同時節省空間并簡化工(gōng)作(zuò)流程。

菌落計數和分(fēn)析

對細胞菌落進行計數可(kě)能(néng)很(hěn)乏味，也很(hěn)耗時。菌落計數系統在提供一個非常特殊的功能(néng)的同時占用(yòng)了工(gōng)作(zuò)台的空間。此外，使用(yòng)标準手持相機對不同的培養皿再現相同的圖像和分(fēn)析可(kě)能(néng)存在挑戰。

ImageQuant 800 CCD 成像儀軟件利用(yòng)了照明靈活性，能(néng)夠使用(yòng)光密度 (OD)、熒光或 UV 模式實現自動菌落分(fēn)析（圖 5）。利用(yòng)附加的無視差 (NP) 鏡頭配件，可(kě)無需引入光學(xué)工(gōng)件，即将化學(xué)發光成像用(yòng)于培養皿和多(duō)孔闆。

圖 5. 使用(yòng) ImageQuant 800 系統為(wèi)培養皿提供菌落成像選項。(A) 光密度測量提供對每個菌落 OD 的直接測量。(B) 全彩成像。(C) 側面 UV 熒光成像用(yòng)于捕捉細胞的自發熒光。使用(yòng) NP 鏡頭配件盤還可(kě)進行化學(xué)發光成像。

宿主細胞蛋白分(fēn)析

宿主細胞蛋白 (HCP) 水平為(wèi)生物(wù)制品提供了一個純度指标，這樣制造商(shāng)就能(néng)評估其純化策略并遵從藥典建議。HCP 分(fēn)析是獲得監管機構批準的關鍵一步。

要分(fēn)析 HCP ELISA，通常需要單獨的微孔闆分(fēn)光光度計。不過，如果使用(yòng) ImageQuant 800 系統上的 ImageQuant TL 分(fēn)析軟件，無需專用(yòng)的闆讀取器就能(néng)分(fēn)析 HCP ELISA（圖 6）。

圖 6. 使用(yòng) HCPQuant ELISA 試劑盒和 ImageQuant 800 CCD 成像儀對 HCP ELISA 的結果分(fēn)析。(A) 白光圖像顯示在從中(zhōng)國(guó)倉鼠卵巢 (CHO) 細胞中(zhōng)檢測到 HCP 蛋白後，顔色變為(wèi)黃色。(B) 陣列分(fēn)析圖像，其中(zhōng)提供适當的參照樣本；(C) 由軟件生成的用(yòng)于量化的标準曲線(xiàn)。

作(zuò)為(wèi)其化學(xué)發光和熒光蛋白質(zhì)印迹成像模式的延伸，ImageQuant 800 CCD 成像儀提供對 HCP 覆蓋率測定的直接成像。可(kě)使用(yòng)傳統的蛋白質(zhì)印迹、差異印迹電(diàn)泳 (DIBE) 或差異凝膠電(diàn)泳 (DIGE) 方法進行這些測定。

DNA 凝膠可(kě)視化和宏觀成像應用(yòng)

對 DNA 凝膠進行成像的傳統方法是采用(yòng)專用(yòng)的 UV 平台，再連接計算機、相機和打印機。ImageQuant 800 因為(wèi)具(jù)有(yǒu) UV 照明模式，不需要單獨的設備，生成的圖像文(wén)件使用(yòng) ImageQuant CONNECT 軟件從本地和遠(yuǎn)程均可(kě)輕松訪問。

ImageQuant 800 系統非常通用(yòng)，不僅限于實驗室凝膠、印迹和孔闆。例如，UV 照明功能(néng)已被用(yòng)于研究宏觀層面的結構，比如熒光激發下花(huā)朵上呈現的脈絡狀圖案（圖 7）。1

圖 7. 采用(yòng)不同的 LED 和濾光片組合在 ImageQuant 800 系統中(zhōng)成像的石斛蘭花(huā)。成像儀展示了花(huā)朵各部分(fēn)在不同的激發波長(cháng)下的熒光效果，呈現出脈絡狀圖案。

充分(fēn)利用(yòng) CCD 成像儀

将多(duō)個成像儀器組合到一個 CCD 成像系統中(zhōng)可(kě)能(néng)會引起對儀器可(kě)用(yòng)性的擔憂，尤其是在多(duō)用(yòng)戶的實驗室中(zhōng)。如果某台儀器不可(kě)用(yòng)或者需求量很(hěn)大，就有(yǒu)可(kě)能(néng)限制研究人員，造成與儀器使用(yòng)有(yǒu)關的瓶頸。

ImageQuant 800 CCD 成像儀和相關的 ImageQuant CONNECT 軟件在設計中(zhōng)考慮到了這些挑戰。連接到本地網絡後，可(kě)在本地和遠(yuǎn)程調度系統軟件，還能(néng)訪問之前運行所得到的圖像。由于可(kě)輕易訪問圖像，不再需要使用(yòng) USB 驅動器進行物(wù)理(lǐ)傳輸。

CCD 成像儀可(kě)随着實驗室的研究需求而改進

對于任何實驗室或研究機構來說，CCD 成像儀都是一項重大投資。想滿足實驗室不斷變化的研究需求，又(yòu)想避免設備閑置，要在這兩者之間達到平衡可(kě)能(néng)具(jù)有(yǒu)挑戰性。

ImageQuant 800 生物(wù)分(fēn)子成像儀具(jù)備多(duō)種功能(néng)，即使實驗室不需要全套選項，也能(néng)從高分(fēn)辨率、高質(zhì)量和高度精(jīng)準的圖像中(zhōng)獲益。該系統提供 4 種配置：ImageQuant 800、ImageQuant 800 UV、ImageQuant 800 OD 和 ImageQuant 800 Fluor。表 1 中(zhōng)描述了每種配置的應用(yòng)和光源。每個選項都提供直接升級途徑，可(kě)擴展和調整來适應研究小(xiǎo)組随時間變化的獨特需求。

表 1. ImageQuant 800 系統配置和應用(yòng)