小动物活体生物发光成像系统是一种非侵入性、高灵敏度的生物医学成像技术，广泛应用于生物医学研究领域。以下是对该系统的详细解析：

一、技术原理与标记方式

1.生物发光成像

原理：通过转基因技术将荧光素酶基因（如萤火虫荧光素酶）整合到目标细胞或动物DNA中，使标记对象表达荧光素酶。外源注射底物（如荧光素）后，荧光素酶催化氧化反应产生光能，发光强度与活细胞数量成正比。

特点：自发光现象，无需外源激发光，灵敏度极高，可检测微小肿瘤病灶。

2.荧光成像

原理：采用荧光蛋白（如GFP、RFP）或荧光染料（如Cy5、Cy7）标记研究对象，通过外源激发光激发荧光信号。

特点：操作简单、费用低廉，但背景噪音可能影响灵敏度。

二、核心组件与性能参数

1.CCD相机

作用：系统核心部件，直接决定成像质量。

高端机型：如Berthold、Caliper采用背照射式CCD，芯片温度可低至-90℃，暗电流和读数噪音极低，量子效率高达90%以上。

国产机型：如中科恺盛使用类似技术，但技术底蕴相对较浅。

2.滤光片与激发光源

滤光片组：多光谱滤光片可分离不同波长的荧光信号，减少干扰。

激发光源：如氙灯、LED，需与荧光标记物匹配以优化激发效率。

3.成像暗箱与麻醉系统

暗箱：全封闭设计减少环境光干扰。

麻醉系统：气体麻醉（如异氟烷）维持动物生理状态稳定，确保成像过程中动物处于麻醉状态。

三、应用场景与典型案例

1.肿瘤研究

应用：实时监测肿瘤生长、转移及对药物的响应。

案例：将荧光素酶标记的癌细胞注入小鼠体内，通过成像系统追踪肿瘤发展。

2.免疫学与干细胞研究

应用：标记免疫细胞或干细胞，观察其在体内的迁移、增殖及分化过程。

案例：追踪造血干细胞在脾及骨髓中的造血过程。

3.基因表达与蛋白质相互作用

应用：利用荧光素酶作为报告基因，研究目的基因的时空表达及蛋白质间相互作用。

案例：通过双荧光素酶系统验证细胞信号传导途径。

4.药物研发

应用：评估药物疗效、代谢动力学及靶向性。

案例：标记药物分子并追踪其在肿瘤细胞中的分布及停留时间。

四、主流厂商产品对比

厂商 机型 特点

Berthold NightOWLⅡLB983 生物发光灵敏度高，荧光成像功能完善，国际知名品牌，价格昂贵。

Caliper IVIS Lumina II 生物发光灵敏度高，荧光成像功能完善，国际知名品牌，价格昂贵。

Kodak Fx Pro 以凝胶成像系统为基础改造，荧光成像效果较好，但生物发光检测灵敏度不足。

CRI Maestro EX 具备多光谱荧光成像功能，但不能进行生物发光成像。

中科恺盛 ZKKS—BU—III 国产自主研发，生物发光和荧光成像功能完善，软件处理系统成熟，性价比高。

五、选择建议

1.研究需求

若以生物发光为主，优先选择Berthold或Caliper。

若需多光谱荧光成像，CRI是更优选择。

2.预算限制

国产机型（如中科恺盛）在性能与价格之间取得较好平衡，适合预算有限的研究机构。

3.扩展性

考虑系统是否支持多模态成像（如与CT、MRI融合），以满足更复杂的研究需求。

小动物活体生物发光成像系统通过非侵入性方式实现体内生物过程的可视化与定量分析，是生物医学研究中不可或缺的工具。