在凝膠和蛋白質(zhì)印跡膜中，數(shù)字電荷耦合器件 (CCD) 成像儀的主要應(yīng)用都是對(duì)蛋白質(zhì)和 DNA 進(jìn)行成像和分析。現(xiàn)代 CCD 相機(jī)的靈敏度和寬動(dòng)態(tài)范圍使人們對(duì)量化和便捷性充滿信心，而這些是暗室沖洗膠片所達(dá)不到的。

為了進(jìn)一步完善 CCD 成像，Amersham ImageQuant 800 生物分子成像儀可減少噪聲、提高分辨率，從而提供更卓越的圖像質(zhì)量。

圖像噪聲限制了可從曝光中準(zhǔn)確分析的信號(hào)強(qiáng)度范圍。分辨率差會(huì)限制圖像上精細(xì)細(xì)節(jié)的展現(xiàn)，例如凝膠上間隔很近的條帶。ImageQuant 800 生物分子成像儀克服了這些挑戰(zhàn)，它采用新穎的自動(dòng)曝光設(shè)置、優(yōu)化信噪比觀察 (SNOW) 模式，無需像素合并即可實(shí)現(xiàn)高分辨率成像。

CCD 成像儀和實(shí)驗(yàn)室成像的另一項(xiàng)挑戰(zhàn)是研究人員需要成像的樣品類型千差萬別，這些樣品類型需要的照明模式也迥然相異。實(shí)驗(yàn)室通常有多個(gè)成像系統(tǒng)專門針對(duì)不同的應(yīng)用，包括帶彩色標(biāo)記的印跡膜發(fā)光檢測(cè)、需要 UV 照明的 DNA 凝膠、培養(yǎng)皿中的菌落以及多孔板中的測(cè)定。

ImageQuant 800 系統(tǒng)為各種樣品類型提供靈活性，還有高質(zhì)量的圖像生成，這使得它在一系列應(yīng)用中脫穎而出。該系統(tǒng)非常適合于需要已校準(zhǔn)的 Coomassie? 染色凝膠光密度測(cè)量的質(zhì)量控制實(shí)驗(yàn)室，以及要求 ECL 蛋白質(zhì)印跡實(shí)驗(yàn)有盡可能大動(dòng)態(tài)范圍的科研實(shí)驗(yàn)室。

探索 ImageQuant 800 CCD 生物分子成像儀的全部功能

自動(dòng)信噪比優(yōu)化 提供好的圖像質(zhì)量

許多實(shí)驗(yàn)室 CCD 成像系統(tǒng)都有自動(dòng)曝光模式。對(duì)于蛋白質(zhì)印跡，這些模式試圖在高強(qiáng)度條帶飽和與低強(qiáng)度條帶曝光不足之間找到一個(gè)適當(dāng)折中的曝光時(shí)間。結(jié)果就是動(dòng)態(tài)范圍受到限制，而且很難在高強(qiáng)度條帶存在時(shí)對(duì)低強(qiáng)度條帶進(jìn)行定量。當(dāng)目標(biāo)蛋白與高表達(dá)蛋白同時(shí)存在時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這種困難。

ImageQuant 800 系統(tǒng)采用獲得智能 SNOW 成像算法來自動(dòng)找到信噪比 (S/N)，盡量減少用戶輸入或猜測(cè)。這種方法提供了檢測(cè)低強(qiáng)度條帶所需的靈敏度；在傳統(tǒng)成像方法中，如果不增加高強(qiáng)度條帶的飽和度，就無法將低強(qiáng)度條帶可視化。

SNOW 成像模式過程涉及以下步驟：

預(yù)先曝光，確定曝光時(shí)間

選擇目標(biāo)區(qū)域和背景

多次自動(dòng)曝光，連續(xù)取平均值來找到信噪比

SNOW 成像模式與其他自動(dòng)曝光模式的區(qū)別是，它通過捕捉多個(gè)圖像并連續(xù)進(jìn)行信號(hào)平均來工作。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(jìn)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 次后的平均值，用 SNOW 算法得出連續(xù)平均 7.5 秒曝光的曲線圖，顯示 (B) 噪聲減少且信號(hào)穩(wěn)定，這使得 (C) 信噪比提高。

在 SNOW 成像過程中，用戶只輸入一次，就是在預(yù)曝光期間選擇背景和目標(biāo)區(qū)域。隨后，用戶可實(shí)時(shí)觀察目標(biāo)區(qū)域的信噪比不斷提高，直到系統(tǒng)達(dá)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(yùn)行中的 ImageQuant 800 系統(tǒng)控制軟件和 SNOW 曝光模式。在圖像平均過程中，轉(zhuǎn)印到蛋白質(zhì)印跡膜上的一系列帶 Cy5 標(biāo)記的抗體稀釋液的圖像持續(xù)更新。在該圖中，信噪比接近其大值。之后，當(dāng)信噪比開始降低時(shí)，SNOW 模式自動(dòng)停止，軟件以大信噪比保存圖像。

使用 SNOW 算法后，無需再用傳統(tǒng)的試錯(cuò)法來猜測(cè)找出曝光時(shí)間。這種自動(dòng)化模式提高了所有目標(biāo)條帶都在廣泛線性動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的幾率，不需要重復(fù)實(shí)驗(yàn)或使多個(gè)印跡或 DNA 凝膠顯影，從而提高了蛋白質(zhì)印跡或 DNA 凝膠工作流程的效率和生產(chǎn)率。圖 3 比較了對(duì)蛋白質(zhì)印跡成像采用不同曝光的情況，顯示這些方法對(duì)圖像背景噪聲的不同影響。

圖 3. 在化學(xué)發(fā)光模式下對(duì)蛋白質(zhì)印跡采用傳統(tǒng)成像方法和 SNOW 成像方法的結(jié)果比較。（A 和 B）傳統(tǒng)成像，曝光時(shí)間短。(C) ImageQuant 800 CCD 成像儀上運(yùn)行的 93 秒 SNOW 檢測(cè)模式，采用多次短曝光并對(duì)圖像進(jìn)行平均來減少噪聲。(D) 單次 93 秒曝光，不使用 SNOW 算法。與傳統(tǒng)成像方法相比，SNOW 檢測(cè)模式產(chǎn)生的線性動(dòng)態(tài)范圍寬，背景噪聲小，因而能夠從更寬的信號(hào)強(qiáng)度范圍內(nèi)對(duì)蛋白質(zhì)條帶進(jìn)行可視化和量化，而無需提高條帶的飽和度。

要達(dá)到這一級(jí)別的信噪比優(yōu)化，不僅需要 SNOW 算法，還需要強(qiáng)大的光學(xué)和硬件，也就是高分辨率、830 萬像素的 CCD 相機(jī)和大光圈 F 0.74 富士? 鏡頭。ImageQuant 800 系統(tǒng)是 10 年持續(xù)合作的結(jié)晶，結(jié)合了富士膠片在光學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)水準(zhǔn)與我們?cè)谏茖W(xué)成像方面的專長(zhǎng)。

通過蛋白質(zhì)印跡分析更深入地了解蛋白質(zhì)水平

CCD 數(shù)字成像和 X 射線膠片的另一個(gè)共同的挑戰(zhàn)是，在同一印跡上區(qū)分間隔緊密的條帶和多條不同的蛋白質(zhì)條帶。要克服這項(xiàng)挑戰(zhàn)，通常需要以下策略：

延長(zhǎng)聚丙烯酰胺凝膠電泳 (PAGE) 的運(yùn)行時(shí)間，希望間隔緊密的條帶能夠充分分離，以便于分辨

重復(fù)蛋白質(zhì)印跡實(shí)驗(yàn)

進(jìn)行剝離并使用其他一抗重新孵育

對(duì)于總蛋白染色，區(qū)分 Coomassie 染色凝膠上的條帶可能較為困難；不過，使用側(cè)面照明和透射白光照明結(jié)合 ImageQuant 800 CCD 成像儀的高分辨率相機(jī)，可以區(qū)分間隔僅有 0.5 mm 且分子量相似的蛋白質(zhì)（圖 4A）。

為了靶向多種蛋白質(zhì)，熒光蛋白質(zhì)印跡提供了一種簡(jiǎn)單的方法來替代化學(xué)發(fā)光。在雙色紅外（IR）照明功能的支持下，ImageQuant 800 系統(tǒng)可對(duì)同一印跡上的多種蛋白質(zhì)進(jìn)行多重檢測(cè)（圖 4B）。

圖 4. 在 ImageQuant 800 CCD 成像儀上通過熒光區(qū)分間隔很近的條帶與多種蛋白質(zhì)的成像。(A) 對(duì) Coomassie 染色凝膠的高分辨率比色成像展現(xiàn)了區(qū)分凝膠上間隔 0.5 mm 條帶的能力。(B) 對(duì)蛋白質(zhì)印跡硝化纖維素膜的三色多重疊加圖像。在同一印跡上，使用長(zhǎng) IR（紅色）LED-濾光片組合檢測(cè)到的目標(biāo) ERK 蛋白質(zhì)，以及用短 IR（綠色）LED-濾光片組合檢測(cè)到的 GAPDH。

擴(kuò)大 CCD 成像儀的應(yīng)用

蛋白質(zhì)印跡分析是 CCD 成像儀在許多實(shí)驗(yàn)室中的主要應(yīng)用。盡管某些 CCD 系統(tǒng)可對(duì)其他應(yīng)用進(jìn)行成像，但這些成像儀在設(shè)計(jì)時(shí)可能沒考慮到這些應(yīng)用。要適應(yīng)這些場(chǎng)景，可能需要更改硬件和設(shè)置，這會(huì)使工作流程變得復(fù)雜。此外，也可能損害圖像質(zhì)量或靈敏度。

相比之下，ImageQuant 800 CCD 成像儀可簡(jiǎn)化并提供適合廣泛應(yīng)用的高質(zhì)量圖像，而且內(nèi)置了靈活的照明選項(xiàng)和廣泛的適用樣品類型。比如，光源模式包括：

側(cè)面白光（470 nm 至 656 nm）

側(cè)面 UV (360 nm)

側(cè)面 RGB（635 nm、460 nm 和 535 nm）

側(cè)面短 IR (660 nm)

側(cè)面長(zhǎng) IR (775 nm)

透射白光

借助這些照明選項(xiàng)和各種可自定義的濾光片，用戶使用一臺(tái)儀器就能對(duì)各種樣品進(jìn)行全光譜成像。這種靈活性使得用戶能夠完成一系列有用的研究功能和應(yīng)用，同時(shí)節(jié)省空間并簡(jiǎn)化工作流程。

菌落計(jì)數(shù)和分析

對(duì)細(xì)胞菌落進(jìn)行計(jì)數(shù)可能很乏味，也很耗時(shí)。菌落計(jì)數(shù)系統(tǒng)在提供一個(gè)非常特殊的功能的同時(shí)占用了工作臺(tái)的空間。此外，使用標(biāo)準(zhǔn)手持相機(jī)對(duì)不同的培養(yǎng)皿再現(xiàn)相同的圖像和分析可能存在挑戰(zhàn)。

ImageQuant 800 CCD 成像儀軟件利用了照明靈活性，能夠使用光密度 (OD)、熒光或 UV 模式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)菌落分析（圖 5）。利用附加的無視差 (NP) 鏡頭配件，可無需引入光學(xué)工件，即將化學(xué)發(fā)光成像用于培養(yǎng)皿和多孔板。

圖 5. 使用 ImageQuant 800 系統(tǒng)為培養(yǎng)皿提供菌落成像選項(xiàng)。(A) 光密度測(cè)量提供對(duì)每個(gè)菌落 OD 的直接測(cè)量。(B) 全彩成像。(C) 側(cè)面 UV 熒光成像用于捕捉細(xì)胞的自發(fā)熒光。使用 NP 鏡頭配件盤還可進(jìn)行化學(xué)發(fā)光成像。

宿主細(xì)胞蛋白分析

宿主細(xì)胞蛋白 (HCP) 水平為生物制品提供了一個(gè)純度指標(biāo)，這樣制造商就能評(píng)估其純化策略并遵從藥典建議。HCP 分析是獲得監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)的關(guān)鍵一步。

要分析 HCP ELISA，通常需要單獨(dú)的微孔板分光光度計(jì)。不過，如果使用 ImageQuant 800 系統(tǒng)上的 ImageQuant TL 分析軟件，無需專用的板讀取器就能分析 HCP ELISA（圖 6）。

圖 6. 使用 HCPQuant ELISA 試劑盒和 ImageQuant 800 CCD 成像儀對(duì) HCP ELISA 的結(jié)果分析。(A) 白光圖像顯示在從中國倉鼠卵巢 (CHO) 細(xì)胞中檢測(cè)到 HCP 蛋白后，顏色變?yōu)辄S色。(B) 陣列分析圖像，其中提供適當(dāng)?shù)膮⒄諛颖荆?C) 由軟件生成的用于量化的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

作為其化學(xué)發(fā)光和熒光蛋白質(zhì)印跡成像模式的延伸，ImageQuant 800 CCD 成像儀提供對(duì) HCP 覆蓋率測(cè)定的直接成像。可使用傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)印跡、差異印跡電泳 (DIBE) 或差異凝膠電泳 (DIGE) 方法進(jìn)行這些測(cè)定。

DNA 凝膠可視化和宏觀成像應(yīng)用

對(duì) DNA 凝膠進(jìn)行成像的傳統(tǒng)方法是采用專用的 UV 平臺(tái)，再連接計(jì)算機(jī)、相機(jī)和打印機(jī)。ImageQuant 800 因?yàn)榫哂?UV 照明模式，不需要單獨(dú)的設(shè)備，生成的圖像文件使用 ImageQuant CONNECT 軟件從本地和遠(yuǎn)程均可輕松訪問。

ImageQuant 800 系統(tǒng)非常通用，不僅限于實(shí)驗(yàn)室凝膠、印跡和孔板。例如，UV 照明功能已被用于研究宏觀層面的結(jié)構(gòu)，比如熒光激發(fā)下花朵上呈現(xiàn)的脈絡(luò)狀圖案（圖 7）。1

圖 7. 采用不同的 LED 和濾光片組合在 ImageQuant 800 系統(tǒng)中成像的石斛蘭花。成像儀展示了花朵各部分在不同的激發(fā)波長(zhǎng)下的熒光效果，呈現(xiàn)出脈絡(luò)狀圖案。

充分利用 CCD 成像儀

將多個(gè)成像儀器組合到一個(gè) CCD 成像系統(tǒng)中可能會(huì)引起對(duì)儀器可用性的擔(dān)憂，尤其是在多用戶的實(shí)驗(yàn)室中。如果某臺(tái)儀器不可用或者需求量很大，就有可能限制研究人員，造成與儀器使用有關(guān)的瓶頸。

ImageQuant 800 CCD 成像儀和相關(guān)的 ImageQuant CONNECT 軟件在設(shè)計(jì)中考慮到了這些挑戰(zhàn)。連接到本地網(wǎng)絡(luò)后，可在本地和遠(yuǎn)程調(diào)度系統(tǒng)軟件，還能訪問之前運(yùn)行所得到的圖像。由于可輕易訪問圖像，不再需要使用 USB 驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行物理傳輸。

CCD 成像儀可隨著實(shí)驗(yàn)室的研究需求而改進(jìn)

對(duì)于任何實(shí)驗(yàn)室或研究機(jī)構(gòu)來說，CCD 成像儀都是一項(xiàng)重大投資。想滿足實(shí)驗(yàn)室不斷變化的研究需求，又想避免設(shè)備閑置，要在這兩者之間達(dá)到平衡可能具有挑戰(zhàn)性。

ImageQuant 800 生物分子成像儀具備多種功能，即使實(shí)驗(yàn)室不需要全套選項(xiàng)，也能從高分辨率、高質(zhì)量和高度精準(zhǔn)的圖像中獲益。該系統(tǒng)提供 4 種配置：ImageQuant 800、ImageQuant 800 UV、ImageQuant 800 OD 和 ImageQuant 800 Fluor。表 1 中描述了每種配置的應(yīng)用和光源。每個(gè)選項(xiàng)都提供直接升級(jí)途徑，可擴(kuò)展和調(diào)整來適應(yīng)研究小組隨時(shí)間變化的獨(dú)特需求。

表 1. ImageQuant 800 系統(tǒng)配置和應(yīng)用