在微流控實驗中，一個常見問題是：顯微鏡已經能夠看到芯片結構，但當研究對象變成微納通道中的弱熒光信號時，為什么圖像仍然可能不夠清晰？

答案并不完全取決于顯微鏡的放大倍率。對于弱熒光成像，真正決定圖像能否用于科研分析的關鍵之一，是探測端能否有效記錄有限的熒光信號。

中國石油大學油氣微流控芯片試拍實驗提供了一個典型案例。實驗采用千眼狼(Revealer)Gloria 4.2 sCMOS科學相機與熒光顯微鏡，對微納通道中的熒光信號分布進行觀測。

為什么微流控弱熒光信號難以清晰成像？

本次實驗主要存在三個問題。

第一，微納通道中的熒光信號本身較弱。隨著有效發光區域減小，到達相機探測面的有效熒光信號有限。

第二，LED熒光照明存在光斑不均。同一視場不同區域的激發強度存在差異后，容易在圖像中形成與樣品實際分布無關的灰度變化。

第三，雜散光和背景信號會進一步降低弱熒光區域與背景之間的對比度。

因此，此類實驗真正需要解決的并不是“有沒有圖像”，而是弱熒光信息能否進入可識別、可分析的數據范圍。

sCMOS相機在實驗中具體做了什么？

實驗采用千眼狼(Revealer)Gloria 4.2 sCMOS科學相機，配合熒光顯微鏡和LED熒光光源組成科學成像系統。

針對不同實驗狀態，研究人員采用不同曝光策略。動態觀察油相流動時，曝光時間約為350 ms；靜態熒光分布觀測不受快速時間變化約束，因此將曝光時間延長至4 s。

同時采用2×2/4×4 binning及CMS低噪聲成像模式，并進一步進行暗場校正和平場校正，以降低固定背景和LED照明不均對弱熒光判斷的影響。

這實際上體現了弱熒光科學成像中的一個基本原則：曝光時間、空間采樣、噪聲控制與圖像校正需要圍繞具體研究對象進行綜合優化，而不能只依賴某一個相機參數。

圖1-千眼狼(Revealer)Gloria 4.2 sCMOS科學相機與熒光顯微鏡組成的微流控弱熒光成像實驗系統，用于觀測微流控芯片微納通道中的熒光信號分布

最終能看到什么？

優化成像條件后，實拍圖像中的微納通道能夠被明顯點亮，表明含熒光物質的油相已經進入相應通道。實驗芯片最小通道結構深度約100 nm、寬度約1 μm。

本次實驗能夠證明的是，微納通道中的熒光信號被有效記錄，從而可以識別油相在相應通道內的空間分布。

圖2-千眼狼(Revealer) Gloria 4.2 sCMOS科學相機在4 s曝光條件下拍攝的微流控芯片弱熒光圖像，可觀察含熒光物質油相進入微納通道后的空間分布

圖像“看得見”以后，還能做什么？

科研成像的目的通常不只是獲得一張更亮的圖片。

本次實驗進一步使用ImageJ Threshold對熒光圖像進行閾值處理，將含熒光物質油相進入的區域進行提取和標記，使原始灰度圖像進一步轉化為空間分布信息。

這意味著弱熒光信號一旦達到穩定可辨識水平，就具備進一步開展通道占據范圍、不同區域分布差異以及后續時間序列輸運分析的基礎。

圖3-基于Gloria 4.2 sCMOS科學相機熒光圖像的ImageJ Threshold分析結果，用于提取微流控芯片微納通道中含熒光物質油相的空間分布區域。

微流控實驗為什么會用到sCMOS科學相機？

在微流控弱熒光實驗中，sCMOS科學相機真正解決的是弱信號的數據可用性問題：將低光子通量條件下原本難以清晰識別的熒光信息轉化為可觀察、可提取和可進一步分析的數字圖像。

對于熒光標記微流控、微納通道流體分布以及微尺度輸運研究，這種從“看不清”到“能夠形成科學數據”的變化，才是科學相機最直接的實驗價值。