单分子研究实验,核心关注点集中在弱信号探测能力、读出噪声、动态范围与视野之间的综合平衡。本文基于单分子荧光成像实验,采用中科君达视界(Agile Device) 推出的千眼狼(Revealer)Gloria 1104 sCMOS相机,在 16 bit HDR模式下,集成倒置荧光显微系统,对甘油–水溶液中单分子荧光微球的布朗运动轨迹进行了实时成像与追踪。实验结果表明,该款sCMOS相机在大视野、弱荧光信号和高动态共存的实验条件下,能够稳定获取高信噪比数据,为单分子荧光动力学研究提供可靠成像基础。
1. 实验背景与技术需求
单分子荧光成像技术能够在单分子尺度直接观测生物大分子的动态行为,是研究分子构象变化、扩散行为及微观互作机制的重要工具。以单分子布朗运动及空间轨迹重构为代表的实验,对成像系统提出严苛要求:
●极高灵敏度:在接近光子统计极限条件下捕获微弱荧光信号
●低读出噪声:避免读出噪声掩盖单分子信号
●大视野成像能力:提高单次实验中可统计的分子数量
●高动态范围:同时应对局部强信号与暗背景并存的成像场景
●稳定帧率:支持连续时间序列采集与轨迹分析
2. 实验设计与方法
2.1 成像方法
实验采用宽场荧光显微成像方式,对分散于甘油–水混合溶液中的单分子荧光微球进行连续时间序列采集。通过调控溶液黏度及激发功率,使荧光微球在布朗运动过程中呈现具有空间结构特征的双螺旋轨迹,为成像系统的灵敏度与动态范围提供综合考验。
2.2 实验系统配置
●光学平台:高稳定性隔振光学平台
●显微系统:倒置荧光显微镜,配置 100× 高数值孔径物镜
●激发光源:532 nm 连续激光
●样品体系:甘油–水溶液中的单分子荧光微球
图12.3 相机工作参数
●sCMOS 相机型号:千眼狼(Revealer)Gloria 1104(由中科君达视界自主研发)
●读出模式:HDR
●图像位深:16 bit
●采集帧率:10 fps
●有效画幅:2048 × 512
●BIN 模式:2 × 2(提升信噪比)
●工作增益:高增益模式
3. 实验结果与成像表现
在上述实验条件下,千眼狼(Revealer)Gloria 1104 sCMOS相机 展现出稳定且可重复的单分子成像性能:
3.1 单分子结构轨迹捕捉能力
在连续时间序列图像中(图2~5,分别为0.1 s、0.7 s、2.2 s、3.5 s捕捉),Gloria 1104能够清晰分辨单分子荧光微球的双螺旋运动轨迹,反映出受限布朗运动与微观环境耦合的空间特征。
图2~53.2 高动态范围成像表现
HDR 模式在保持弱信号可见性的同时,有效抑制局部亮点饱和,使单分子信号在复杂亮暗共存场景下仍具备良好对比度。
3.3 信噪比与时间分辨率
在 10 fps 连续采集条件下,sCMOS相机 的低读出噪声未对单分子荧光信号造成明显干扰,所得数据满足后续轨迹重构与动力学建模对信噪比的要求。
3.4 大视野优势
2048 × 2048 的完整视野配置,使单次采集可覆盖更多单分子样本,显著提升实验效率及统计学可靠性,传统 EMCCD 难以覆盖。
4. 实验结论与选型参考
本实验验证了千眼狼(Revealer)Gloria 1104 sCMOS相机在单分子荧光成像领域的适用性与技术优势。其在高增益与 HDR 模式下,实现了对弱荧光信号、高动态范围及大视野成像需求的综合平衡。
5. sCMOS相机与 EMCCD 在单分子成像中的对比参考
（来源：点财网）
