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活体动物体内光学成像(十)

2020.7.27
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

3. 关于CCD的“背部薄化、背照射”与“冷”的确切含义是什么?
之所以叫冷CCD,是由于CCD的芯片温度下降到零下70℃或110℃,可以降低噪音,提高检测的灵敏度。Cryogenic 的制冷技术可以使CCD的温度达到-70℃到 -110℃,那样的温度可以使背照射冷CCD的暗电流减少到可忽略不计的水平。该CCD的2erms的电子噪音代表了最小的噪音底线,信号强度肯定会大于那样的噪音水平,使该CCD具有很高的信噪比,检测的特异性很强。

关于CCD的前照射与背照射的问题。前照射CCD,在光信号到达CCD芯片之间的光路上有多硅层和二氧化硅层,那将减少CCD的量子效率,造成光信号的衰减,降低灵敏度。背照射、背部薄化CCD则是在光信号到达CCD芯片之间的光路上去掉了多硅层和二氧化硅层,那大大提高了检测的效率,但是同时极大的增加了生产的成本。所以活体光学成像系统才有那令人费解的高昂的价格。但对于较强的荧光信号来说,不需要很灵敏的CCD就可以检测到,多硅层和二氧化硅层还可以起到保护芯片的作用。所以一般单纯检测荧光,一般用前照射的CCD,检测生物发光和荧光,则建议用背照射的CCD。在体外实验中,一般都是用前照射的CCD,可以说在生物学的大部分实验中所使用的都是前照射的CCD,背照射的CCD,只有在检测非常微弱的生发光信号时才有用武之地。下图是前照射CCD与背照射的CCD原理结构图。
20061221b.jpg

4. 如何判断活体光学成像仪器的性能优劣?
活体生物发光成像技术最初是由美国斯坦福大学的科学家采用了最新研发的背部薄化、背照射冷CCD,配合密闭性非常好的暗箱,使得直接监控活体生物体内的细胞活动和基因行为成为现实。之所以要求冷CCD,是因为降低温度可以降低暗电流和电子噪音,使背景噪音可以达到几乎忽略不计的水平;之所以要求背部薄化,是为了减少光源与CCD感光芯片之间的光路介质,提高量子效率,最大限度的捕捉光信号。活体生物发光成像系统的核心参数是CCD的温度、量子效率,其他的参数都是围绕这些参数而衍生出来的。所有的参数的优化都是为了实现一个目的:提高灵敏度,提高信噪比。CCD温度越低,暗电流和电子噪音越低,导致噪音越低,从而能够检测的最低信号越低。量子效率代表检测光子的效率,一般检测生物发光的CCD量子效率要求至少在检测波段是85%以上。以背部薄化、背照射冷CCD为核心组成的系统是唯一适合进行活体生物发光检测的仪器。

5. 关于细胞标记等生物学服务的问题
通过两年多不懈的努力和大家的支持,活体动物光学成像技术终于获得了广泛的认同。为促进该技术更接近大家的科研实践,为中国的生物医学研究贡献一份力量,我们构建了进行活体成像实验的服务模式,方便已经购买相关仪器的和没有相关仪器的科研人员都能够进行相关的实验。服务包括用荧光素酶标记肿瘤细胞、病毒和动物;荧光标记小分子药物;优惠的底物荧光素;相关的实验方法、实验设计和实验操作指导;并可应用相关仪器进行有偿检测。关于细胞标记,有pGL3 、慢病毒、逆转录载体三种标记细胞的方法。具体细节请与我们联系。

6. 哪些荧光素酶基因标记的细胞可以购买?
我们已经标记了“A-549(肺癌细胞),Lncap(前列腺癌细胞)”等细胞,可以对外销售,而且价格比进口的优惠,并且供货方便。我们正在扩大我们的标记细胞的数量,欢迎与我们联系,具体磋商。另外,我们也有β-actin启动子驱动GFP的转基因小鼠提供。

7. 该技术适合进行小分子药物活体示踪吗?
20061221c.jpg不适合。由于荧光标记检测的灵敏度,以及荧光检测的深度等限制,活体光学成像不是很适合进行小分析药物活体示踪的实验。核素标记的PET和SPECT技术由于检测的深度、灵敏度以及标记的原因是适合进行小分析药物活体示踪实验的技术,该领域是一个正在蓬勃发展的领域,但是由于GE、西门子等公司的相关产品价格昂贵,很难满足大多数科研工作者的需要,所以一时间该技术没有得到普及和应用。但是国外有一些公司正在开发价格适中的产品,不久就会进入中国市场,将使中国的科研工作者应用该技术进行小分子药物的吸收、分布、代谢、分泌等研究变的方便起来。该技术可以实现三维成像,详细了解标记物的位置。应用该技术进行骨骼代谢的例子见右图:

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