PerkinElmer IVIS小动物活体光学成像系统的特点和优势

小动物活体成像技术一、世界正在步入分子影像的时代分子影像学是运用影像学手段显示组织水平、细胞和亚细胞水平的特定分子,反映活体状态下的分子水平变化,对其生物学行为在影像方面进行定性和定量研究的科学。

从1998年到2008年期间,采用分子影像技术的论文呈现逐年大幅增长的趋势.分子影像技术为生命科学研究翻开了崭新的一页!二、活体动物成像技术的优势1、实现实时、无创的在体监测2、发现早期病变,缩短评价周期3、评价更科学,准确、可靠4、获得更多的评价数据5、降低研发的风险和开支6、更好的遵守3R原则三、应用领域癌症与抗癌药物研究免疫学与干细胞研究细胞凋零病理机制及病毒研究基因表达和蛋白质之间相互作用转基因动物模型构建药效评估药物甄选与预临床检验药物配方与剂量管理肿瘤学应用生物光子学检测食品监督与环境监督等相关实验图片：全身转基因鼠 细胞瞬时转染的检测移植人转荧光素酶鼻咽癌细胞 G F P转基因鼠分子马达实验对比 小鼠体表近红外荧光检测四、具有独立自主知识产权的非匀质算法--贴近真实 减少误差目前,在分子影像的活体光学成像领域,国际上众多知名品牌都有自己的专利产品,然而这些产品都各有不足.一部分品牌无法实现自发荧光断层成像,且其假定生物组织为均匀介质,从而在光源确定上造成了较大的定位误差,而有部分产品只能提供二维成像,且分辨率较低,无法实现高精度探测。

因此,在体光学成像技术的应用潜力依赖于光学成像逆向问题算法的新进展.为了解决复杂生物组织中的非匀质问题,中国科学院自动化研究所田捷教授带领的团队基于多水平自适应有限元方法,可行光源区域优化重建方法和多光谱自适应有限元等方法,创建了全新的非匀质算法,一举解决了复杂生物组织中的非匀质问题,从而使光源重建精度大大提高。

某产品假设为匀质 光源重建误差较大对形成图像的影响 对组织的不同假设。

小动物活体影像系统需求
1 设备名称：
小动物活体影像系统。

2 数量：
1套。

3 设备用途说明：
小动物活体成像仪采用高灵敏度的冷CCD相机，能够检测弱光信号，达到很高的量子率，且背景噪音极小，外加独特设计的暗箱和科学高效的数据处理，使其可以完成无论是发光或者是荧光所涉及到的所有发光标记物的成像分析，能满足实验室多种研究的需要。

4 技术要求及参数：
6 技术服务条款
售后服务要求：
1)需为本项目配备足够的售后服务力量，具有国内本地化的服务团队。

2)售后服务响应时间：电话响应时间要求4小时内，到场响应时间要求
2个工作日内（指从接到报障至到达故障现场的时间）。

3)免费提供技术支持热线电话。

4)免费提供email技术支持，并且在24小时内回复。

5)提供仪器设备的免费保修期至少一年（保修期内免费维修并更换除消
耗品以外的零部件，维修人员的路费、食宿等自理）。

6)提供该设备的技术使用说明书及外购配件仪器说明书，并指导在使用
该设备时的操作注意事项等。

7)提供配套软件至少一年的免费升级服务。

培训要求：
1)为保证所提供的仪器设备安全、可靠运行，便于方的运行维护，必须
对方培训合格的维护和管理人员。

2)负责对方提供至少一次现场技术培训，以便工作人员在培训后能熟练
地掌握系统的维护工作，并能及时排除大部分的系统障碍。

贝塞尔双光子光片显微镜在活体生物成像中的应用第一篇范文贝塞尔双光子光片显微镜在活体生物成像中的应用引言：活体生物成像技术在生物学和医学领域中起着重要的作用。

近年来，贝塞尔双光子光片显微镜作为一种先进的成像技术，被广泛应用于活体生物成像领域。

本文将介绍贝塞尔双光子光片显微镜在活体生物成像中的应用，并探讨其优势和挑战。

一、贝塞尔双光子光片显微镜的原理：贝塞尔双光子光片显微镜是一种基于双光子激发荧光显微镜的技术。

它利用两个光子的能量同时激发样品中的荧光分子，从而实现了更深层次的成像。

与传统的单光子激发荧光显微镜相比，贝塞尔双光子光片显微镜具有更高的分辨率和对样品的损伤较小的优点。

二、贝塞尔双光子光片显微镜在活体生物成像中的应用：1. 神经科学研究：贝塞尔双光子光片显微镜在神经科学研究中有着广泛的应用。

通过该技术，研究人员能够实时观察神经元的行为和信号传递过程，进一步了解大脑的功能和疾病机制。

2. 心血管研究：贝塞尔双光子光片显微镜也被应用于心血管研究领域。

通过该技术，研究人员能够清晰地观察心脏细胞的动作电位和心肌组织的结构变化，为心脏疾病的研究和治疗提供重要的信息。

3. 细胞生物学研究：在细胞生物学研究中，贝塞尔双光子光片显微镜能够实时观察细胞内部结构和分子的动态变化，帮助研究人员深入了解细胞的行为和功能。

4. 肿瘤研究和药物开发：贝塞尔双光子光片显微镜在肿瘤研究和药物开发领域也发挥着重要作用。

通过该技术，研究人员能够观察肿瘤细胞的生长、转移和药物反应，为肿瘤的诊断和治疗提供新的思路和方法。

三、贝塞尔双光子光片显微镜的优势和挑战：1. 优势：- 高分辨率：贝塞尔双光子光片显微镜具有更高的分辨率，能够实现更深层次的成像。

- 最小化样品损伤：双光子激发具有较低的光剂量，能够减少对样品的损伤。

- 实时观察：该技术能够实时观察活体生物样本，提供更准确的数据和信息。

2. 挑战：- 设备成本高：贝塞尔双光子光片显微镜的设备成本相对较高，限制了其在广泛领域的应用。

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，获取真实三维信息；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离算法，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℃，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；采用定焦镜头，最大光圈可达f/0.95，可自动聚焦；成像视野范围可调，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℃），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%，滤片表面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；仪器具备定时自检功能，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廓结构；*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，扫描范围达65 mm ×50 mm。

小动物活体光学成像技术在神经疾病研究中的应用PerkinElmer 小动物活体光学成像技术已在生命科学基础研究、临床前医学研究及药物研发等领域得到广泛应用。

在众多应用领域中，神经疾病研究是活体光学成像技术的应用热点之一。

在应用活体光学成像技术进行神经相关疾病研究中，常用的标记方法及应用领域包括：1、利用萤火虫荧光素酶（Firefly Luciferase）或荧光蛋白作为报告基因，通过转基因技术体外转染神经肿瘤细胞、神经干细胞等细胞，进行神经肿瘤、神经发育及细胞治疗的相关研究；2、利用荧光素酶作为报告基因标记神经疾病相关基因构建转基因动物，进行神经疾病机理研究；3、利用功能性荧光探针监测神经疾病的发生发展。

下面结合一些具体实例进行阐述：一.神经肿瘤研究与其它类型肿瘤研究类似，利用小动物活体光学成像技术可以长期监测神经肿瘤的发生发展及治疗效果。

例如，利用荧光素酶基因标记肿瘤细胞，通过肿瘤发光情况的变化，观测肿瘤的生长及药物对于肿瘤的治疗效果，如下：上图：应用 IVIS 系统长期观测原位接种的经生物发光标记的 U87-MG-luc2 神经胶质瘤的生长。

上图：应用 IVIS 系统观测血管生成抑制剂对 U87-MG-luc2 生长的移植。

A.对照组；B.给药组除了利用生物发光成像技术进行神经肿瘤研究，还可应用功能性荧光探针监测肿瘤，例如，通过应用荧光染料标记的DHE 探测神经胶质瘤中的活性氧自由基，从而监测肿瘤的发展情况。

基于IVIS 系统的多模式成像功能，可以同时应用生物发光及荧光成像功能共同监测肿瘤，如下：上图：左.应用荧光成像技术观测尾静脉注射 DHE 后观测D HE 对肿瘤的靶向；中.应用生物发光成像技术观测经荧光素酶基因标记的肿瘤；右.荧光与生物发光成像结果融合。

二.神经退行性疾病的研究神经退行性疾病是由神经元或其髓鞘的丧失所致，随着时间的推移而恶化，以导致功能障碍。

常见的神经退行性疾病包括阿兹海默症、帕金森氏病、多发性硬化症、脊髓性肌萎缩症等。

PerkinElmer 小动物活体光学成像技术已在生命科学基础研究、临床前医学研究及药物研发等领域得到广泛应用。

药物研发是科研机构和医药公司的重点研究领域。

在活体光学成像实验中，常用于药物研发的方法包括：1.使用构建好的生物发光转基因疾病动物模型，应用小动物活体光学成像技术观测给药后疾病信号的改变，从而评价药物对疾病的治疗效果。

2.通过注射功能性荧光探针，观测疾病发展过程中分子事件，从而反映药物对疾病的治疗效果。

下面结合一些具体实例阐述应用小动物活体光学成像技术进行药物研发的七个方面：1.抗肿瘤癌症药物研发。

2. 关节炎治疗药物研发。

3. 感染性疾病的药物研发。

4. 抗炎症的药物研发。

5. 抗病毒药物的研发。

6.神经系统疾病的药物治疗。

7.构建新型老鼠模型。

一．抗肿瘤癌症药物研发肝细胞性肝癌是肝癌的主要形式，而且每年死亡多达598,000人以上。

索拉非尼（Sorafenib ）是一种合成的多酪氨酸激酶抑制剂，而且用于治疗30%的肝细胞性肝癌患者和肝硬化，因此研究人员开发其他类型的药物用于治疗肝癌患者。

表观遗传变换能够引发肝癌和促进肿瘤的发展，表观遗传变换而且是药物可逆的，因此转录后调控可用于肝癌的治疗。

DNA 异常甲基化是早期和晚期肿瘤癌症的重要事件，因此研究异常甲基化对于癌症风险性评估，治疗和化学预防都有积极的作用。

抑制DNA 甲基转移酶1（DNMT1，DNA methyltransferase 1） 能够再激活表观遗传沉默的肿瘤抑制基因，抑制肿瘤细胞生长，而且促进细胞分化，凋亡和提高免疫监督。

研究者在免疫缺陷的小鼠（NOD/SCID ）脾内移植萤火虫荧光素酶标记的敏感人肝癌肿瘤细胞株（Huh7-luc ），从而建立人异种移植肝细胞性肝癌肿瘤模型。

使用PerkinElmer 的IVIS 系统成像显示小鼠服用低毒性的Zebularine （第二代稳定的亲水性DNA 甲基转移酶1抑制剂）后，生物发光强度明显降低（下图）。

小动物活体光学成像技术在糖尿病研究中的应用PerkinElmer小动物活体光学成像技术已在生命科学基础研究、临床前医学研究及药物研发等领域得到广泛应用。

在众多应用领域中，糖尿病相关研究是近几年又一兴起的应用热点之一。

将活体光学成像技术应用于糖尿病研究的主要方向包括：1、从特异构建的发光转基因小鼠中获取具有发光特性的胰岛，进行胰岛移植相关研究；2、利用荧光素酶基因标记相关治疗用细胞，观测治疗用细胞在活体动物体内的分布、器官靶向及对糖尿病的治疗效果；3、通过构建荧光素酶基因表达载体或转基因动物，研究糖尿病相关基因表达及信号通路。

下面结合一些具体实例进行阐述：一.胰岛移植相关研究I型糖尿病，即胰岛素依赖性糖尿病，是由感染、毒物等因素诱发机体产生异常自身体液和细胞免疫应答，导致胰岛β细胞损伤，胰岛素分泌减少。

胰岛移植的主要适应症为胰岛素依赖型糖尿病。

众多实验研究证实，胰岛移植不仅可以纠正实验动物的糖尿病状态，而且可有效地防止糖尿病微血管病变的发生、发展，促进糖代谢内环境稳定，降低死亡率。

应用活体光学成像技术可以在活体动物水平长期监测胰岛移植的存活。

为了实现这一应用，研究者首先需要对胰岛进行光学标记，通常采用的方法是利用荧光素酶基因标记胰岛素基因启动子，而构建胰腺特异性发光的转基因动物，从该转基因动物体内即可直接提取具备发光特性的胰岛。

上图：左，Tg(RIP-luc)转基因小鼠表达载体示意图；应用IVIS系统对发光转基因小鼠及对照的成像结果。

从转基因小鼠获取发光的胰岛之后，便可开展胰岛移植的相关观测实验。

如观测不同数量或不同部位胰岛移植的存活情况。

如下图所示，应用IVIS系统可以观测胰岛在不同部位的移植情况，并且基于IVIS系统的超高灵敏度，可以观测到少量胰岛移植后的发光情况。

上图：分别将10个或150个从FVB-Tg(RIP-luc)转基因小鼠中取出的胰岛移植于同种小鼠的不同部位，应用IVIS系统进行观测。

仪器功能介绍：
通过化学发光和荧光的标记技术，标记基因、多肽和细胞，可以直接检测活体生物体内的细胞活动和基因行为，可以观测活体动物体内肿瘤的生长及转移、疾病的发生发展、基因的表达等生物学过程，可以直接实时观察标记的基因及细胞在活体动物体内的活动及反应，并可用于体外培养细胞实验。

利用光学标记可以研究疾病的发生发展过程，可应用于研究干细胞、白血病细胞、肿瘤细胞、骨髓微环境、药物体内分布及代谢、药物靶向及药物筛选。

仪器主要技术参数：
主要技术参数：
CCD尺寸≥2.7×2.7 cm；
CCD有效像素数量≥2048×2048；
CCD 量子效率＞85%（500-700nm）；
CCD暗电流≤100电子/秒/平方厘米；
CCD读数噪音≤3个电子（bin=1,2,4）或5个电子（bin=8,16）；
具备荧光反射及透射扫描成像模式；
具备高分辨窄带激发光滤片，覆盖415-760nm波段，具备数量≥10个；具备高分辨窄带发射光滤片，覆盖490-850nm波段，具备数量≥18个。

ivis小动物活体成像原理IVIS小动物活体成像技术是一种非常先进的体内活体成像技术，通过利用进阶成像技术，可以观察小动物体内的生物过程，对小动物模型的生理状况等进行研究，从而为治疗疾病的研发提供基础支持。

IVIS小动物活体成像技术的原理IVIS小动物活体成像技术的原理是利用各种光源激发小动物体内的荧光信号，通过荧光信号的强度或荧光成像分析来诊断或分析小动物的整体或某一组织器官的代谢。

荧光成像可以用于实时监测小动物模型的生理过程，观察细胞、分子和肿瘤的病理学表现，评估药品的治疗效果。

在IVIS小动物活体成像技术中，有三个主要的成像原理：1. 荧光素生物成像原理荧光素在小动物体内氧化成荧光素酶，荧光素酶可以将D-luciferin转化成氧化荧光素（Luciferase）。

Luciferase反应会放出能量以荧光形式发射，产生很强的荧光信号。

2. 量子点生物成像原理量子点是一种可以发光的半导体纳米粒子，由于量子点在空间和时间的分辨率非常细致，在感受器官、观察分子生物学过程方面得到了广泛的应用。

因此，量子点被广泛地应用在活体成像领域。

3. 彩色化学成像原理彩色化学成像采用与荧光素和量子点相比更加分散，但是可以通过化学发光实现成像，例如X荧光素染料（X-gal）是一种产生蓝色信号的底物，可以用来检测beta-加氧酶活性。

IVIS小动物活体成像技术的应用IVIS小动物活体成像技术已经成功地应用于心血管和内分泌疾病研究、生物感应和疫苗研发、神经退行性疾病、血液学、癌症和肿瘤治疗等方面。

其中，荧光素生物成像技术在肿瘤研究方面得到了广泛的应用。

研究人员可以使用体内植入的荧光素表达载体，作为标志基因，导入肿瘤细胞中，通过活体成像技术观察肿瘤初次出现、生长、扩散等现象，从而为治疗癌症提供了宝贵的信息和基础支持。

IVIS小动物活体成像技术的优势IVIS小动物活体成像技术比传统的动物实验更加高效和拥有更强的伦理意义。

传统的动物实验需要大量的动物和时间来获得有效的实验结果，还需要对动物进行不同层次的观察，而IVIS小动物活体成像技术不仅可以在同一小动物体内进行多个实验，而且需要的动物数量只有传统实验的十分之一，从而大大减少了对小动物的伦理影响。

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。