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基于單分子熒光成像技術，利用sCMOS相機（Gloria 1104）在16 bit HDR模式下，集成倒置熒光顯微鏡，對甘油-水溶液中單分子熒光小球的雙螺旋布朗運動軌跡進行實時成像與追蹤。實驗結果表明，sCMOS相機可在大視野、高信噪比及弱信號下采集數據，有效支撐單分子熒光動力學研究及相關前沿應用。
1 實驗背景
單分子熒光技術能夠在單分子水平上實時揭示生物大分子的動態行為及微觀環境變化，在生物物理研究中，追蹤如雙螺旋結構等復雜分子的布朗運動，對于理解生命科學前沿的分子互作機制具有重要意義。然而，單分子熒光信號極其微弱，易受背景噪聲干擾，對成像系統提出嚴苛要求：
高靈敏度，以捕獲接近光子統計極限的微弱熒光信號
低讀出噪聲，以避免淹沒單分子信號
大視野與高時間分辨率，以支持軌跡統計與動力學分析
高動態范圍，應對局部亮點與暗背景共存的場景
2 實驗簡介
2.1 實驗方法
實驗采用寬場熒光顯微成像方式，對分散于甘油-水混合溶液中的單分子熒光小球進行連續時間序列采集，通過控制溶液黏度與激發強度，使熒光小球在布朗運動下，呈現出具有空間結構特征的雙螺旋運動軌跡。
2.2 實驗環境
光學平臺：采用高精度隔振光學平臺以消除環境干擾。
顯微系統：采用尼康倒置熒光顯微鏡，配備100x物鏡，確保光子收集效率最大化。
激發光源：532 nm激光作為激發光源，針對熒光目標進行精準激發。
實驗對象：甘油-水溶液中的單分子熒光小球。
圖1
2.3 實驗工況
sCMOS相機型號：千眼狼Gloria 1104
讀出模式：HDR
圖像位深：16 bit
采集幀率：10 fps
采集畫幅：2048×512
BIN模式：2×2（用于提升信噪比）
3 實驗發現
實驗結果顯示，上述工況下，千眼狼Gloria 1104 sCMOS相機獲取了高質量的單分子圖像：
結構特征捕捉：在時間序列圖像中（圖2~5依次為0.1 s-0.7 s-2.2 s-3.5 s捕捉），sCMOS相機清晰捕捉到單分子的雙螺旋形態，反映受限布朗運動與微觀環境耦合結果。
高動態表現：HDR模式在保持弱信號可見性的同時，有效避免了局部亮點飽和。
信噪比表現：在10 fps采集幀率條件下，sCMOS相機Gloria 1104讀出噪聲未對單分子信號造成明顯干擾，目標熒光信號在暗背景下具有良好的對比度，為后續的定量軌跡重構與動力學建模提供了數據基礎。
大視野表現：Gloria 1104提供2048×2048大視野，支持單次采集圖像記錄中覆蓋更多單分子樣本，提高實驗效率與統計學意義。
圖2-5
4 實驗結論
實驗驗證了sCMOS相機在單分子熒光成像中的可行性與差異化優勢。Gloria 1104在高增益、HDR模式下，能夠兼顧弱信號探測能力與高動態范圍需求，實現對單分子雙螺旋布朗運動的穩定觀測，成像數據滿足后續軌跡分析與動力學建模要求，該方案可用于單分子熒光動力學相關研究。
附 sCMOS相機Gloria 1104與主流EMCCD單分子成像設備對比
單分子成像設備技術對比：Revealer Gloria 1104（sCMOS）vs Andor iXon Ultra 888 (EMCCD)
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