DNA paint材料-cy3B荧光显微成像

DNA paint材料-cy3B荧光显微成像

Photon1K与进口6.5μm背照制冷sCMOS对比

背景介绍

Cy3B是一种常用的荧光染料，它们通常用于标记生物大分子，如DNA、RNA和蛋白质。此染料的体积通常非常小，以纳米（nm）为单位，其尺寸大约在1-2纳米（nm）的范围内。需要注意的是，这些尺寸是指染料分子本身的尺寸，而不是它们标记的生物大分子的尺寸。当这些染料用于标记DNA分子时，标记的DNA分子的总体尺寸将取决于DNA分子的长度和染料分子的数量。DNA分子的直径大约是2纳米，但长度可以从几十纳米到几微米不等，取决于具体的DNA片段。

图1：各类染料发射谱段分布及Fusion BT相机QE curve（refer from Hamamatsu）

实拍对比案例介绍

   本实验旨在同等工况下（染料荧光强度一致），相机在相同曝光时间拍摄荧光信号。通过激光激发单分子所发出的荧光，信号强度较弱。此实验选用Photon1K相机和某一进口品牌6.5μm背照制冷sCMOS相机做成像对比。

图1：试验现场

成像系统列表：

图2：试验现场

图3：试验现场

测试原则：

1. 探测极限：在同等激发光强前提下，分别缩短两台相机的积分时间看哪一个相机图像可区分目标信号；
2. 在同等激发光强前提下，逐步增加曝光时间，对比两者图像的对比。

成像结果：

实验1探测极限对比： 经过调节两个相机的曝光时间至2ms时查看图像信噪比对比，发现Phton1K图像中的荧光信号可分辨；而6.5μm背照制冷sCMOS相机2ms曝光下其图像无法分辨信号。以下为图像：

图4：Photon1K 2ms曝光图像

图5：6.5μm背照制冷sCMOS相机 2ms曝光图像结果

实验1小结：当曝光时间同为2ms时，Photon1K可区分信号，而6.5μm背照制冷sCMOS图像无法辨别信号。因此可以得出结论，Photon1K的极限探测下线更低、绝对灵敏度更高。

实验2曝光时间增加至10ms时两者图像：

图6：Photon1K 10ms曝光图像

图7：6.5μm背照制冷sCMOS 10ms曝光图像

实验2小结：仍在同等信号光强下，两者曝光时间均设置为10ms时，两者均可以明显区分信号，但Photon1K的对比度要稍好。所以Photon1K的空间噪声更低、一致性更好。

实验3曝光时间增加至50ms：

    随着曝光时间上升两者的探测能力均有明显提升并都可以表征目标信号，使用第三方软件对连续保存500张图像实现识别、定位、融合处理后做出对比分析结果如下图7、图8和图9所示：

图7：图像捕捉到的信号电子数与单分子数量的对应关系，X轴：电子数的数量，Y轴：单分子的数量(左图为6.5μm背照sCMOS, 右图为Photon1K)

图8：图像X方向定位误差(左图为6.5μm背照sCMOS, 右图为Photon1K)

图9：图像Y方向定位误差(左图为6.5μm背照sCMOS, 右图为Photon1K)

实验3小结：在两者设定50ms曝光时间下，图7中表现了光子数是基本一致，而Photon1K因量子效率略低故在电子数上略小于6.5μm背照sCMOS；通过图像X轴与Y轴两者对比发现，Photon1K的定位误差在X和Y轴均要小于6.5μm背照sCMOS相机，故Photon1K的定位精度要更高。

相机参数性能对比表：

表2：Photon1K与6.5μm背照制冷sCMOS参数性能对比

图10：Photon1K量子效率曲线图

本次实验总结：

本次实验采用的是Photon1K可见光版本（图10中对应QE曲线蓝色），针对生物活细胞成像近红外增强版本，可带来600nm-1000nm谱段范围内拥有至多高出一倍的量子效率，此特点降低光毒性，迎合生物活体的高灵敏成像应用。