认识科研显微相机(下)

2018-04-13 09:28:43 普赫 618

上期我们提到生命科学领域的显微科研相机主要分为CMOS, CCD, sCMOS, EMCCD几大类,根据应用的不同,我们可以选择对应的相机以满足实验需求。

正置显微镜,只有明场观察的需求,比较典型的是H-E染色的切片。对于这类成像,最简单也是最有挑战的要求是:电脑屏幕上打开的显微照片的样品颜色,需要和显微镜目镜下显示的颜色完全一致。因为某些病理研究,不同颜色对应的诊断结果也是不同的。由于明场下光线充足明亮,对于显微相机的灵敏度要求不高,CMOS和CCD芯片都能满足,但是相机的色彩还原(color reproduction or color balancing)能力需要很高。大部分情况下,需要用自己的样品现场演示做比较,才能选出预算内且符合实验的CMOS或CCD相机。

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奥林巴斯CX41+DP22                                                       奥林巴斯BX53+DP74

倒置显微镜,只有明场相差观察的需求,比较典型的是细胞房里查看细胞状态的小倒置。这对这类成像,用户使用的痛点是细胞房的空间比较小,很多时候并不能再加一张桌子放电脑,需要尽量节约空间。同时,细胞的相差观察对灵敏度、色彩还原的要求没有H-E切片的要求高,所以采用CMOS芯片的一体触摸屏显微镜相机就可以满足需求。

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TrueChrome Metrics 显微数码摄像头

体视显微镜,只有透射或者反射明场观察的需求(上右图),类似以上正置和倒置显微镜的实验应用,如果对于色彩还原要求高的,可以考虑CCD芯片的显微相机,如果要求不高且实验室空间不大,CMOS一体机也是很不错的选择。

正置或者倒置显微镜,对于明场和荧光的成像都有需求,比较典型的是院系或研究所的显微成像平台。这类成像,不仅明场图像的色彩还原要求高,而且荧光样品的亮度也是参差不齐,对于显微相机的灵敏度也有一定的要求。所以,同时具有彩色和单色CCD芯片的相机,可以更好地满足此类成像实验,保证采集到的不同样品的显微图像都是属于文献发表级别的。

倒置显微镜,对于明场(相差或DIC)和荧光观察都有需求,比较典型的是细胞培养皿里的显微成像以及更高端的活细胞成像系统。这类显微成像,特点一是显微图像可以是单色的,特点二是荧光成像对于相机的灵敏度要求比较高。所以一般可以采用领先技术的sCMOS芯片的相机,比如400万像素(2048x2048)sCMOS相机,配合半电动或全电动的倒置显微镜,可满足最大范围的流程化、自动化活细胞显微成像实验。

正置电生理膜片钳显微镜,对于明场红外DIC以及荧光有需求,由于红外DIC采用750nm或者900nm波长的红外光作为透射光源,需要相机芯片在这个波段有较好的灵敏度。大部分CCD和CMOS的彩色和单色相机都不能很好地满足需求,传统上,神经科学实验室会使用一个模拟红外相机(640x480像素或更低)加上一个单色CCD相机做荧光成像,现在更高级别的sCMOS相机能同时满足红外DIC和荧光成像的需求,而且sCMOS还能实现更快速的荧光图像采集(2048x2048像素下100帧/秒),如上图。

 

对于荧光信号非常弱的实验应用,比如单分子荧光、超分辨(PALM/STORM)、某些TIRF实验、钙火花/钙波、某些转盘共聚焦,需要采用灵敏度更高的电子倍增CCD(即EMCCD)相机,才能得到性噪比更好的显微荧光图像。

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