仪器一：小动物活体光学成像系统

仪器一：小动物活体光学成像系统（一）具体参数要求1、系统性能*具备高灵敏度的生物发光二维成像功能：*具备高性能的荧光二维成像功能：*具备荧光分子断层成像技术，能够实现真实三维断层扫描，获取貞•实三维信息；具备基于切伦科夫辐射原理的放射性同位素成像功能：*具备高品质滤光片及光谱分禽算法，可实现自发荧光扣除及多探针成像：实验中能够实现生物发光及荧光成像模式的联合使用，并能将影像融合叠加：具备国际公认的光学信号定量方法：2、应用领域广泛应用于癌症、干细胞、感染、炎症、免疫疾病、神经疾病、心血管疾病、代谢疾病、基因治疗等多种疾病分子机理及相关药物研发的临床前研究。

3、主要技术参数3.1仪器硬件部分3.1.1二维成像部分*采用背照射、背部薄化科学一级CCD：*CCD采用电制冷方式，工作温度达到绝对-90°C,温度可视化；♦CCD 量子效率大于85% （500-700nm）；*最小检测光子数可达100光子/秒/弧度/平方厘米：采用泄焦镜头，最大光圈可达fA95,可自动聚焦；成像视野范国可调，最大视野能够满足至少3只小鼠同时成像：动物载物台温度可控（20-40°C）,且即时温度可通过软件显示；*生物发光灵敏度达到可检测小鼠皮下少于100个生物发光细胞（需提供证明文献）：荧光光源采用高效金属卤素灯，功率不低于150瓦；*激发光滤片标配数量不少于19个，发射光滤片标配数量不少于7个：*所有滤片均为高品质滤光片，透光率可达95%,滤片表而采用多层硬性涂料防护，防止因长期照射导致的滤片退化或损伤，使用寿命长：具备高品质成像暗箱，避免仪器背景信号的过多产生：仪器出厂前经过国际标准的NIST光学校准：仪器具备左时自检功能，可自动去除仪器本身产生的背景信号。

3.1.2三维成像部分具备反射照明方式，以获取小动物体表轮娜结构；*具备透射照明方式，并通过底部多点透射扫描，获取三维重建所需的断层信息：*具备荧光分子断层成像技术，能够实现小动物体内任意深度的信号探测：*透射激发光源为长寿命固态激光器，能满足体内有效激发深度＞2cm；*具备超声传感器，用以获取三维重建所需的深度信息：具备高精度XY激光扫描电动平台，扫描范用达65 mm X 50 mm。

活体动物光学成像系统在活体荧光成像中的应用第一部分技术原理一、技术简介随着活体动物光学成像技术在国内外的普及和应用，越来越多的科研人员希望能通过该技术来观察活体动物体内肿瘤细胞的生长以及对药物治疗的反应，希望能观察到荧光标记的多肽、抗体、小分子药物在体内的分布和代谢情况。

NightOWL ⅡLB 983 NC320活体动物光学成像系统正是为满足这样的应用需求而设计的。

该系统通过荧光光路的特殊设计，实现了对激发光的能量控制和调节，提高了活体荧光成像的稳定性和灵敏度，并且该系统操作简单、费用低廉、不涉及放射性，是不错的进行活体荧光成像的仪器。

与传统技术相比，活体荧光成像技术不需要杀死动物，可以对同一个动物进行长时间反复跟踪成像，既可以提高数据的可比性，避免个体差异对试验结果的影响。

更重要的是，该技术可以得到直观的成像图片，了解标记物在动物体内的分布和代谢情况，避免了传统的体外实验方法的诸多缺点，特别是在药物制剂学、药物临床前研究中有不可估量的应用前景。

NightOWL ⅡLB 983 NC320活体荧光体内成像技术的基本原理是激发光源通过特殊的光路设计使其能量稳定、强度合适的激发光使荧光基团达到较高的能量水平，然后发射出较长波长的散射光，该散射光可以穿透实验动物的组织并且可由仪器cooling slow scaning CCD以光子数量化检测到光强度，同时反应出标记物的数量。

二、标记原理活体荧光成像技术有三种标记方法：荧光蛋白标记、荧光染料标记和量子点标记。

荧光蛋白适用于标记肿瘤细胞、病毒、基因等。

通常使用的是GFP、EGFP、RFP（DsRed）等。

荧光染料标记和体外标记方法相同，常用的有Cy3、Cy5、Cy5.5及Cy7，可以标记抗体、多肽、小分子药物等。

量子点标记作为一种新的标记方法，是有机荧光染料的发射光强的20倍，稳定性强100倍以上，具有荧光发光光谱较窄、量子产率高、不易漂白、激发光谱宽、颜色可调，并且光化学稳定性高，不易分解等诸多优点。

仪器名称：小动物近红外二区荧光活体影像系统百购生物网为您提供型号：Series II 900/1700简介：针对传统活体荧光成像技术面临的低组织穿透深度（<3毫米）和低空间分辨率（~毫米）、高自发荧光背景等瓶颈，苏州影睿光学科技有限公司的研究团队历经多年潜心研究，于2012年推出了第一款基于近红外二区荧光（NIR-II,900-1700nm）的小动物活体影像商业化系统（Series II 900/1700），实现了高组织穿透深度（>1.5cm）、高时间分辨率（50ms）和高空间分辨率（25μm）的活体荧光成像。

Series II 900/1700可针对不同的研究体系，在小动物活体水平进行实时、无创、动态、定性和定量的影像研究，包括肿瘤早期检测、肿瘤发展、转移和治疗过程、药物筛选、靶向药物和靶向治疗、干细胞活体示踪及其再生医学研究等。

影睿光学拥有世界领先的量子点制备和应用专利技术、活体荧光影像设备，以及强大的数据处理和分析功能，为用户提供完整的科研产品及解决方案。

目前，影睿光学Series II 900/1700系统已成功销往美国埃默里大学，并与美国哈弗大学医学院、美国康奈尔大学、美国埃默里大学、北京大学、复旦大学附属华山医院、南京大学附属鼓楼医院、中国科学院北京动物研究所、中国科学院上海药物研究所等数十家国内外优秀研究机构建立了良好的商业伙伴及合作关系。

技术优势：荧光活体成像解决方案：近红外二区荧光成像活体组织对近红外二区荧光（1000-1700nm）具有更低的吸收和散射效应，以及可以忽略的自发荧光背景，因此，在活体荧光成像中，与传统荧光（400-900nm）相比，近红外二区荧光具有更高的穿透深度、更高的时间和空间分辨率，以及更高的信噪比。

近红外二区荧光探针解决方案： Ag2S 量子点国际领先的近红外二区荧光量子点技术，量子效率大于15%；具有良好的生物相容性(Ag2S 量子点对主要器官肝脏、脾脏和肾脏等没有毒副作用)。

2。

生物发光成像活体生物荧光成像技术是指在小的哺乳动物体内利用报告基因—荧光素酶基因表达所产生的荧光素酶蛋白与其小分子底物荧光素在氧、Mg2+离子存在的条件下消耗ATP发生氧化反应，将部分化学能转变为可见光能释放.然后在体外利用敏感的CCD设备形成图像。

荧光素酶基因可以被插入多种基因的启动子，成为某种基因的报告基因,通过监测报告基因从而实现对目标基因的监测。

生物荧光实质是一种化学荧光,萤火虫荧光素酶在氧化其特有底物荧光素的过程中可以释放波长广泛的可见光光子,其平均波长为560 nm（460—630 nm）,这其中包括重要的波长超过600 nm的红光成分。

在哺乳动物体内血红蛋白是吸收可见光的主要成分，能吸收中蓝绿光波段的大部分可见光;水和脂质主要吸收红外线,但其均对波长为590-800 nm的红光至近红外线吸收能力较差，因此波长超过6 00 nm的红光虽然有部分散射消耗但大部分可以穿透哺乳动物组织被高灵敏的CCD检测到。

生物发光成像的优点可以非侵入性，实时连续动态监测体内的各种生物学过程，从而可以减少实验动物数量,及降低个体间差异的影响；由于背景噪声低,所以具有较高的敏感性；不需要外源性激发光，避免对体内正常细胞造成损伤，有利于长期观察；此外还有无放射性等其他优点。

然而生物发光也有自身的不足之处：例如波长依赖性的组织穿透能力，光在哺乳动物组织内传播时会被散射和吸收，光子遇到细胞膜和细胞质时会发生折射，而且不同类型的细胞和组织吸收光子的特性也不尽相同，其中血红蛋白是吸收光子的主要物质;由于是在体外检测体内发出的信号，因而受到体内发光源位置及深度影响;另外还需要外源性提供各种荧光素酶的底物，且底物在体内的分布与药动力学也会影响信号的产生；由于荧光素酶催化的生化反应需要氧气、镁离子及ATP等物质的参与，受到体内环境状态的影响.二、小动物活体成像1。

制作动物模型可根据实验需要通过尾静脉注射、皮下移植、原位移植等方法接种已标记的细胞或组织。

五种常见的小动物活体成像技术01前言动物活体成像技术是指应用影像学方法，在不损伤动物的前提下，对活体状态下的生物过程进行组织、细胞和分子水平的定性和定量研究的技术。

随着小动物成像技术的发展，活体小动物非侵袭性成像在临床前研究中发挥着越来越重要的作用，涌现出了各种小动物成像的专业设备，为科学研究提供了强有力的工具。

小动物活体成像技术主要分为五大类：可见光成像(Optical)、核素成像(PET/SPECT)、计算机断层摄影成像 (CT)、核磁共振成像(MRI)、超声成像（Ultrasound)。

02小动物活体成像设备特点、应用及优缺点1.可见光成像设备体内可见光成像包括生物发光与荧光两种技术。

前者是动物体内的自发荧光，不需要激发光源，而后者则需要外界激发光源的激发。

1.1生物发光设备：生物发光是用荧光素酶基因标记DNA，利用其产生的蛋白酶与相应底物发生生化反应产生生物体内的光信号。

标记后的荧光素酶只有在活细胞内才会产生发光现象，并且发光强度与标记细胞的数目呈线性相关。

1.2荧光设备：荧光技术则采用荧光报告基因（GFP、RFP）或荧光染料（包括荧光量子点）等新型纳米标记材料进行标记，利用报告基因产生的生物发光、荧光蛋白质或染料产生的荧光就可以形成体内的生物光源。

可见光成像优势与应用：使用低能量、无辐射、对信号检测灵敏度高、实时监测标记的活体生物体内的细胞活动和基因行为，被广泛应用到监控转基因的表达、基因治疗、感染的进展、肿瘤的生长和转移、器官移植、毒理学、病毒感染和药学研究中。

可见光成像的主要缺点：二维平面成像、不能绝对定量。

发展前景：目前仅仅停留在仿体和小动物实验阶段,尚未进入临床应用，在许多方面仍需进一步改进和完善.寻找新的高量子效率荧光团，改进重建算法、拓展新型光学成像技术、提高图像分辨率是未来的重要任务。

2.核素成像设备PET、SPECT是核医学的两种显像技术，相同之处是都利用放射性核素的示踪原理进行显像，皆属于功能显像。

IVIS小动物活体光学成像系统的特点和优势1、公共平台性成像系统随着IVIS成像技术的发展和成熟，研究者已通过生物发光或荧光标记技术对多种研究对象进行标记，如肿瘤细胞、免疫细胞、干细胞、基因、细菌、病毒、多肽、抗体、纳米材料、药物等等。

因此，应用IVIS成像系统进行的研究已涉及生物学的各个领域，包括癌症、干细胞、细菌及病毒、炎症、免疫疾病、神经疾病、心血管疾病、代谢疾病、基因治疗、新药研发等等。

总而言之，IVIS成像系统可作为公共平台性设备，满足不同领域不同课题组的研究需求，实现从宏观（如在活体水平对疾病整体发展过程的观测）到微观（如在活体水平对细胞动态变化及基因表达的实时观测）的系统性研究。

2、集多种成像模式于一体随着活体成像技术的发展，越来越多的研究人员开始将多种成像模式联合使用，以期达到更全面深入地研究生物学现象的目的。

IVIS系列成像系统包含IVIS Lumina系列、IVIS Spectrum、IVIS Quantum FX μCT及IVIS Spectrum CT。

IVIS Lumina系列成像系统同时具备白光、极高灵敏度的生物发光、强大的荧光及切伦科夫辐射成像等多模式二维成像功能，其中Lumina XR系统在具备上述功能的基础上，还增加了X光成像功能，使研究人员在获取二维光学信号的同时，能够进行二维结构学的辅助定位。

IVIS Spectrum除了具备上述的二维成像功能外（X 光除外），还具备独一无二的三维生物发光及荧光成像功能，使研究者能够洞悉体内的真实三维信号，另外，Spectrum还能与IVIS Quantum FX μCT联合使用，从而将3D功能学信息与CT结构学信息进行融合。

IVIS Spectrum CT是对Spectrum的完美升级，是在Spectrum的功能基础上整合了高性能的CT成像功能，实现了将功能学成像与结构学成像在同一个仪器上的完美整合。

基于IVIS系统的上述成像功能，研究人员既可单独使用某种功能进行成像，又可同时利用多种功能进行复合成像。

第７期 收稿日期：２０２０－０１－１４作者简介：赵小鸽（１９６７—），本科，实验师。

高校大型仪器小动物活体成像系统在研究生科研和实验教学中的运用赵小鸽，王晓霏，杨　阳（西安交通大学医学部生物医学研究实验中心，陕西西安　７１００６１）摘要：探讨高校大型仪器小动物活体成像系统在研究生科研和实验教学中的运用，总结现阶段小动物活体成像系统在本校教学和科研中的运用，提出更为合理的实验教学内容以及更好为广大师生科研提供服务的方法。

使小动物活体成像系统得到更为合理充分的利用。

关键词：小动物活体成像；大型仪器；科研；教学中图分类号：Ｇ６４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２０）０７－０１９１－０１ 大型仪器在高校中的运用越来越广泛，学校管理人员对大型仪器的管理越来越规范，使师生的合理实验要求基本能得到满足，尽可能使大型仪器的得到充分使用、使资源利用最大化。

大型仪器小动物活体成像系统在高校研究生的科研和实验教学中发挥着越来越重要的作用。

小动物活体成像系统是高等医学类院校常见的一种大型仪器，具有穿透一定厚度机体组织的特性，常用于肿瘤发生和转移、生物医学材料观测、药物代谢、示踪和疗效等领域。

具有操作简单、无创、连续、动态、成像直观等特点。

１　小动物活体成像系统在教学中的运用小动物活体成像系统隶属于生物医学研究实验中心，本中心承担医学部全体硕士博士研究生的选修课《高级生物医学技术》，此课程采用小班化教学，教学人数控制在１５～２０人，包括的实验内容分为基础实验篇和高级实验篇。

基础实验篇中包括常见的免疫组化技术，以及对免疫组化结果进行分析的图像信号采集系统，细胞培养技术，激光共聚焦显微镜、流式细胞仪的使用、ＷｅｓｔｅｒｎＢｌｏｔ、Ｒｅａｌ－ＴｉｍｅＰＣＲ等。

高级实验篇包括小动物活体成像系统、染色质免疫共沉淀（Ｃｈｉｐ）、ＤＮＡ甲基化分析、ＣＲＩＳＰ／ＣＡＳ９基因编辑系统等。

其中涉及到使用大型仪器小动物活体成像系统的实验为小动物活体成像技术原理、操作的讲解及演示。

Bruker In-Vivo Xtreme小动物活体成像系统标准操作规程【目的】通过制定本操作规程，规范小动物活体成像系统使用。

【准备】1、实验试剂（药物、染料、麻醉剂、水、脱毛膏等）；2、实验对象（小鼠、大鼠、黑鼠、裸鼠等）；3、如需要气体麻醉则要进行氧气准备，将麻醉剂倒入麻醉机中，并检查麻醉机检查窗中液位位于“min”和“Max”之间；气体麻醉前根据室内温度情况酌情打开动物空气加热器。

【开机】主机部分：1、打开X-Ray光源，将开关钥匙打到“ON”的位置；2、打开主机，将主机右后方的电源开关打到“ON”的位置。

接着打开电脑，等待网线图标出现一个黄色三角叹号后，将MI软件打开。

注意：仪器开机以后，需要大约20分钟的预冷时间。

附属部分：1、如需要进行气体麻醉，则需要打开麻醉机，并对实验对象进行预麻醉；2、如果需要进行三维旋转拍摄，则需准备动物旋转系统（MARS），动物旋转系统的准备需要在不开拍摄软件和MARS控制器按钮打到manual的情况下，先按要求将旋转器安装到暗箱中，然后将按钮打到auto，完成之后即可打开MI软件【拍照】1、将实验对象摆放到托盘中，拍照部位朝下，如拍摄腹部影像，需将实验对象腹部朝下，并将四肢伸展开，然后将托盘放入暗箱拍摄位置，放置是托盘缺口朝右侧摆放；2、双击桌面MI图标，打开MI软件，单击“Capture”按钮，打开拍摄参数设置界面；1）：拍摄界面顶部显示仪器型号。

MI软件提供同时拍摄两张图像的功能，即第一张图像是Foreground，主图像，第二张图像是Background，背景图像。

点击Foreground和Background按钮进行切换，对两张图像的拍摄程序分别进行编辑。

2）：左边第一部分File里可以执行和创建、编辑修改一个Protocol，同时，Protocol还可以通过点击软件顶部的工具栏中Protocol按钮打开。

3）：第二部分是选择拍摄模式，共有5种，分别为Fluorescence荧光，Luminescence化学发光，Radioisotopix同位素，X-Ray X光，Reflectance反射光，另外可以Custom定制程序。

目录一． (2)多模式光声成像系统原理 (2)Endra Nexus 128技术优势 (3)1 优异的科研级激光器系统 (4)2 探测器系统与真正的3-D成像 (4)3 方便快捷科学的动物处理系统 (5)4 分辨率和灵敏度 (5)5 穿透深度 (6)6.操作步骤简单 (6)7 光声图像定位 (7)8 强大的软件处理功能 (7)9卓越的科学顾问团队 (7)Endra Nexus 128系统硬件配置 (7)二Endra Nexus 128系统科研应用 (8)2.1 肿瘤学应用 (8)2.1.1 肿瘤形态学 (8)2.1.2 肿瘤灌注 (9)2.1.3 探针吸收-动态扫描 (9)2.1.4肿瘤治疗 (10)2.2 纳米材料(新型造影剂)中的应用 (10)2.3 解剖学应用 (12)2.4 光学造影剂应用 (12)三同动物活体荧光成像比较 (15)一．多模式光声成像系统原理当一束光照射到生物组织上，生物组织吸收光能量而产生热膨胀，伴随着热膨胀会产生超声波，吸收光能量的多少决定了产生的超声波的强度。

于是不同的组织就会产生不同强度的超声波，可以用来区分正常组织和病变组织。

光声成像技术检测的是超声信号（该技术克服了光学成像技术在成像深度与分辨率上不可兼得的不足），反映的是光能量吸收的差异（补充超声成像技术在对比度和功能性方面的缺陷），结合光学和超声这两种成像技术各自的优点，能实现对组织体较大深度的高分辨率、高对比度的功能成像。

Endra Nexus 128多模式小动物光声成像是一种在生物医学基础研究和疾病相关的应用研究中都具有广阔前景的新技术。

以动物模型为对象的生物医学研究可以避免在人体进行实验带来的风险，克服某些疾病潜伏期长、病程长的缺点，并且可以严格控制动物实验条件、减少个体差异的影响，是目前动物模型研究中不可或缺的工具之一。

Endra Nexus 128多模式光声成像是近年来发展起来的一种无损医学成像方法，它结合了纯光学成像的高对比度特性和纯超声成像的高穿透深度特性，可以提供高分辨率和高对比度的组织成像。