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最优化的荧光成像解决方案

导读: 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。

  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。

  1、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IVISLumina系列、IVISSpectrum、IVISQuantumFXμCT及IVISSpectrumCT。IVISLumina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LuminaXR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。IVISSpectrum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IVISQuantumFXμCT联合使用,从而将3D功能学信息与CT结构学信息进行融合。IVISSpectrumCT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。如在一个实验中利用荧光蛋白标记肿瘤细胞(观测肿瘤的发展),同时利用荧光染料或量子点标记多肽、抗体或药物(观测抗体等在体内的分布及对肿瘤的靶向性),而实验所用的小鼠为利用生物发光技术标记的用于研究特定基因表达的转基因小鼠(观测在肿瘤发展过程中与肿瘤发展相关的特定基因的表达),由此,在一个实验流程中,既完成了对某个单一生物学现象的研究(如上述所示肿瘤发展过程),又可同时对若干相关生物学现象进行观测(肿瘤发展、抗体靶向及特定基因表达),实现了系统性的实验观测以及对多个相关生物学现象的解释。

  2、业内公认最高灵敏度

  活体可见光成像作为功能性成像方法,其使用目的是在活体水平上解决是否能够观测到信号以及能够观测多少级别的信号(如能观测多少数量的细胞,多少浓度的荧光染料等)。因此,对于活体光学成像系统性能而言,最重要的参数是检测灵敏度,灵敏度的高低直接反映了成像系统的成像能力,灵敏度高则能够实现对微小信号的观测(如肿瘤生长初期的信号观测、肿瘤微小转移灶的观测、低数量干细胞及免疫细胞的观测等)。

  以上结果均通过具体实验数据证实了IVIS成像系统独一无二的检测灵敏度。因而在检测微小转移灶、轻微感染以及观测体内深层脏器及开展颅内检测等研究中,IVIS技术均具有绝对优势。而极高的灵敏度是基于IVIS系统的以下几个特点:

  a.采用背照射、背部薄化科学一级CCD(产自全球最大CCD芯片制造商E2V公司)。该类型芯片是在光信号到达CCD芯片之间的光路上去掉多硅层和二氧化硅层,可大大提高CCD的量子效率,量子效率越高,代表CCD获取光信号的能力越强,因此检测灵敏度越高。

  b.CCD的工作温度为绝对-900C(环境温度低达-1200C左右)。CCD噪音主要包括暗电流和读出噪音,而CCD工作发热是暗电流和读数噪音的主要来源,工作温度越低,暗电流越小,读数噪音越小,信噪比越高。

  c.采用定焦镜头,最大光圈为f/0.95(此分母越小越好)可实现最大程度光的透过性,使获得高感光效率成为可能。

  d.感光的动态范围大于11个数量级。动态范围越广,强弱信号处理能力越强,如果动力学范围较窄,则同时成像强信号及弱信号时,强信号会将弱信号覆盖,无法成像弱信号。

  e.发光专利技术利用荧光素酶(Luciferase)与荧光素(Luciferin)作用的生物发光原理,而不是利用激发光与反射光的荧光成像。酶和底物的特异性要远远超过荧光物质发光的特异性,可以形成极高的信噪比。所以生物发光的灵敏度要高出荧光的灵敏度大约一万倍(104),并且有更高的特异性。

  f.对外界光线绝对封闭的暗箱设计,包括屏蔽宇宙射线等,使其技术在正常实验室光线下即可成像,灵敏到可以检测到无任何标记动物体内自发的微弱可见光。

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