熒光小動物活體成像系統(tǒng)是一種在生物學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)與公共衛(wèi)生學(xué)等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的醫(yī)學(xué)科研儀器。以下是對熒光小動物活體成像系統(tǒng)的詳細解析：

一、系統(tǒng)概述

熒光小動物活體成像系統(tǒng)利用生物發(fā)光與熒光技術(shù)，通過靈敏的光學(xué)檢測儀器，直接監(jiān)控活體生物體內(nèi)的細胞活動和基因行為。該系統(tǒng)可以觀測活體動物體內(nèi)腫瘤的生長及轉(zhuǎn)移、感染性疾病發(fā)展過程、特定基因的表達等生物學(xué)過程，具有非侵入性、實時連續(xù)動態(tài)監(jiān)測、高敏感性等優(yōu)點。

二、系統(tǒng)組成與原理

1.組成：熒光小動物活體成像系統(tǒng)通常由光源、成像子系統(tǒng)、實驗臺和控制系統(tǒng)等組成。光源提供成像所需的光線，成像子系統(tǒng)負責(zé)捕捉和記錄熒光圖像，實驗臺用于放置和調(diào)整小動物的位置，控制系統(tǒng)則負責(zé)整個系統(tǒng)的運行和參數(shù)設(shè)置。

2.原理：生物發(fā)光成像利用熒光素酶基因標記細胞或DNA，在氧、Mg2?離子存在的條件下消耗ATP發(fā)生氧化反應(yīng)，將部分化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽饽茚尫?。熒光成像則采用熒光報告基團（如GFP、RFP等）進行標記，通過激發(fā)光激發(fā)熒光基團到達高能量狀態(tài)，產(chǎn)生發(fā)射光。系統(tǒng)利用高靈敏度的CCD設(shè)備捕捉這些光線并形成圖像。

三、技術(shù)指標與功能

1.成像面積：最大可達20cm×20cm，最小為2cm×2cm，連續(xù)可調(diào)。

2.圖像獲取：真16bit，超過65,000級灰階。

3.光源：高能氙燈或高強度鹵素?zé)簟?/span>

4.濾光片：標配多位置激發(fā)濾光片輪或濾光片架，激發(fā)濾光片波長覆蓋近紫外至近紅外；標配寬角度發(fā)射濾光片，波長覆蓋440nm至830nm。

5.功能：支持光譜熒光成像、生物學(xué)發(fā)光成像、同位素成像和X光成像，同時兼容體外分析。

四、應(yīng)用領(lǐng)域

熒光小動物活體成像系統(tǒng)在多個領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用：

1.腫瘤學(xué)研究：用于觀察腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移及藥物治療過程。

2.藥物研發(fā)：用于藥物篩選、藥效檢測和藥物配方與劑量管理。

3.免疫學(xué)研究：用于研究免疫細胞的遷移、分布和功能。

4.干細胞研究：用于觀察干細胞的分化、增殖和遷移過程。

5.基因治療研究：用于監(jiān)測基因治療的效果和安全性。

6.炎癥與感染研究：用于觀察感染性疾病的發(fā)展過程和炎癥反應(yīng)。

五、操作與維護

1.操作：

制作動物模型：根據(jù)實驗需要通過尾靜脈注射、皮下移植等方法接種已標記的細胞或組織。

活體成像：將小動物麻醉后放入成像暗箱平臺，調(diào)整視野并拍攝背景圖，然后關(guān)閉照明燈拍攝由小動物體內(nèi)發(fā)出的特異光子。

數(shù)據(jù)處理：利用小動物活體成像圖像處理軟件對圖像進行處理和分析，計算發(fā)光面積、總光子數(shù)等參數(shù)。

2.維護：

定期對系統(tǒng)進行清潔和校準，確保成像質(zhì)量。

檢查光源和濾光片的性能，及時更換損壞的部件。

保持實驗環(huán)境的無菌狀態(tài)，避免污染和交叉感染。

六、發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)

1.發(fā)展趨勢：

隨著NIR-II光致發(fā)光探針的開發(fā)及配套相機等設(shè)備的發(fā)展，NIR-II熒光活體功能成像成為研究熱點。

光片熒光顯微成像等三維成像技術(shù)被引入小動物活體成像領(lǐng)域，提高了成像分辨率和深度。

2.挑戰(zhàn)：

目前的NIR-II活體成像系統(tǒng)仍以平面成像為主，無法反映三維深度信息。

成像分辨率受到組織散射和自發(fā)熒光的影響。

不同熒光物質(zhì)的發(fā)射光譜和激發(fā)光譜存在差異，需要選擇合適的激發(fā)與發(fā)射濾片。

總結(jié)

熒光小動物活體成像系統(tǒng)是一種功能強大、應(yīng)用廣泛的醫(yī)學(xué)科研儀器。通過不斷優(yōu)化和升級，該系統(tǒng)有望在生物醫(yī)學(xué)研究中發(fā)揮更加重要的作用。