凝膠成像由CCD攝像系統和暗箱組成的硬件和不斷發展的計算機軟件組成。
1.硬件的發展
(1)CCD影像系統:這是凝膠成像分析系統的核心裝置。CCD是一種矽晶片,能將光的影像元素轉換為電子量,使影像數值化以后作為電腦影像處理或儲存。 ccD有videoCcD相機和高性能ccD相機兩種。前者即電視規格攝像機,通常用于一般影像分析,但無數值影像處理功能。后者為科學用CCD系統,可以獲得高解析度,高動態范圍,低噪聲的影像,特別是近幾年使用的冷卻式ccD攝像系統,大大降低了暗電荷,幾乎達到無噪聲的境界。其分辨率可以從幾十萬達到幾百萬個圖像元素。
(2)暗箱:現代已由簡單的紫外線uV透射暗箱發展成為多功能的暗箱,箱內雙側安裝白燈,可以進行反射分析,也可以安裝254衄反射uV燈,用于TLC板分析,黑板上擱置白板,可以進行白光透射的測量。
2.軟件的發展
針對生命科學的多種實驗要求,不斷發展升級的計算機軟件,是凝膠成像分析系統成為當代生物化學與分子生物學實驗研究*的主要設備原因。
(1)1D區帶分析:一維軟件可分辨50多條區帶,根據峰圖顯示,可以準確的選定峰值,刪除泳帶的拖尾現象,獲得比較準確的積分吸光度,進行定量計算,如圖一蛋白質的分析。
(圖一)蛋白質的分析圖像
(2)分子量(MW)與遷移率(RF)的計算:電泳和層析形成的區帶和斑點,其RF值可以自動進行測定計算。蛋白質和核酸(DNA和RNA)的MW,在有標準分子量的區帶存在下,可以直接自動計算。蛋白質的標準分子量一般有高、中、低三種,DNA的標準分子量有DNAEcoRⅠ和DNAHindⅢ及100b kb等幾種。若軟件內無所需的標準時,可重新編輯輸入。如圖二與表1 DNA的分析結果。
(圖二)酵母染色體DNA的分析圖像(泳道1為標準DNA分子量)
(3)斑電的分析有圓形和矩形分析兩種方法。據斑點大小,可以調整半徑、長短邊,獲得每個斑點積上的積分光密度。
(4)2D點密度分析,是近年來針對生命科學發到后基因組時代,出現的蛋白質組分析設計的軟件此軟件可選定區域設定灰度、計算光密度、確定像素對上千個雙向電泳斑點進行量的分析。如圖三對雙向電泳的分析。更高一級2D軟件,能自動識別、定量比較2D蛋白質凝膠圖像,自動計算2D凝膠匕蛋白質點的分子量和PI值,進行蛋白質匹配,與自動切割蛋白質點工作站相連接,快速進行蛋白質組的分析。
(圖三)蛋白質的雙向電泳