中科君達(dá)視界：以高性能sCMOS成像技術(shù)，撬動(dòng)前沿生物醫(yī)學(xué)研究百億市場

   上期介紹了sCMOS相機(jī)在X射線閃爍體成像、計(jì)算成像和高能物理領(lǐng)域中的應(yīng)用，本期將聚焦生物醫(yī)學(xué)中細(xì)胞與生物成像領(lǐng)域，結(jié)合中科君達(dá)視界自研的千眼狼Gloria系列sCMOS相機(jī)相關(guān)實(shí)踐驗(yàn)證，分享SIM超分辨率成像，單分子熒光成像、寬場熒光成像中的典型應(yīng)用。

   1、SIM超分辨率成像

   傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡受制于衍射極限，難以清晰呈現(xiàn)100nm尺度的細(xì)胞精細(xì)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)光照明顯微SIM是一種寬場超分辨成像技術(shù)，通過空間調(diào)制照明與頻域重建算法，可將空間分辨率提升至~100nm，應(yīng)用于細(xì)胞骨架、線粒體網(wǎng)絡(luò)等亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的高精度觀測。SIM成像依賴于多幀不同相位和方向的條紋圖像進(jìn)行傅里葉域重建，因此對相機(jī)采集速度、信噪比、視場均有要求。千眼狼sCMOS相機(jī)Gloria 4.2具備95%峰值量子效率與1.2 e-讀出噪聲，確保低光毒性下獲得高信噪比的原始圖像，2048×2048分辨率下＞100 fps高速采集能力，有效覆蓋更大細(xì)胞區(qū)域并降低運(yùn)動(dòng)偽影。

   某實(shí)驗(yàn)將高量子效率的Gloria 4.2科學(xué)相機(jī)集成于SIM超分辨顯微系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)100 fps下對細(xì)胞樣本的百納米級分辨率成像，突破衍射極限，清晰可辨微管纖維分支點(diǎn)、交叉形態(tài)等（見圖1）。

（圖1）

   2、單分子熒光成像

   單分子熒光成像是研究蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)、DNA-蛋白互作、膜受體擴(kuò)散等分子生物學(xué)過程的核心技術(shù)。成像核心挑戰(zhàn)在于單分子發(fā)射光子數(shù)僅20~30光子水平，信號極易被探測器噪聲淹沒。

   中科君達(dá)視界提供的千眼狼sCMOS相機(jī) Gloria 1605，通過工藝和電路設(shè)計(jì)優(yōu)化，讀出噪聲已降至0.9 e-水平，并在實(shí)時(shí)噪聲抑制算法加持下進(jìn)一步消除背景干擾，捕捉到清晰的僅20光子級別的單分子熒光信號，見圖2。

（圖2）

   3、寬場熒光成像

   寬場熒光成像是生命科學(xué)研究中最基礎(chǔ)、應(yīng)用最廣的成像模態(tài)，適用于細(xì)胞標(biāo)記、亞細(xì)胞器定位、基因表達(dá)分析等場景。千眼狼Gloria系列sCMOS相機(jī)已應(yīng)用于轉(zhuǎn)盤共聚焦、光片顯微鏡、流式細(xì)胞儀等多種寬場成像系統(tǒng)，其靈敏度、均衡性、穩(wěn)定性已得到實(shí)踐驗(yàn)證，見圖3。

（圖3）

   綜上，千眼狼sCMOS相機(jī)在高量子效率、低讀出噪聲以及高幀率等方面的性能優(yōu)勢，為細(xì)胞與生物成像提供了可靠的技術(shù)支撐。其在SIM超分辨重建、單分子信號捕捉及寬場動(dòng)態(tài)觀測等場景中的表現(xiàn)，驗(yàn)證了sCMOS相機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中的價(jià)值。中科君達(dá)視界將持續(xù)鉆研科學(xué)成像技術(shù)，為相關(guān)科研與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供更高效的成像解決方案。