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生物发光成像与荧光成像的比较

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发布日期：2012-02-06 14:24 文章来源：Berthold
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关键词： 丁香园 生物专题 伯托生物 活体成像 　 点击次数：

一、生物发光成像技术优点

与荧光成像技术相比较，生物发光成像技术主要的优势有：

1. 特异性强，无自发荧光

以荧光素酶作为体内报告源的生物发光方法，是以酶和底物的特异作用而发光，特异性极强。动物本身没有任何自发光，使得生物发光具有极低的背景，极高的信噪比。但用荧光方法时，在受到激发光激发时，生物体中皮肤、毛发和各种组织及食物等都会产生荧光，特别是被标记的靶点深臧于组织内部，需要较高能量的激发光时，也就会产生很强的背景噪音。虽然荧光信号强度远远超过生物发光，但极低的自发光水平使得生物发光的信噪比远高于荧光。

2. 高灵敏度

生物体内很多物质在受到激发光激发后，也会发出荧光，产生的非特异性荧光会影响到检测灵敏度。特别是当发光细胞深藏于组织内部，则需要较高能量的激发光源，也就会产生很强的背景噪音。荧光成像的灵敏度最高也只能在动物体内检测到约105细胞，相对于生物发光在动物体内监测到102数量级细胞的灵敏度要相差很多。

3. 检测的深度

由于生物发光的灵敏度高于荧光成像，对于需要深部成像的研究（检测的深度在3~4cm），如干细胞、原位肿瘤与转移，自发肿瘤等，应用生物发光成像是最佳的选择。

4. 精确定量

生物发光信号可以用于精确定量，因为荧光素酶基因是插入细胞染色体中稳定表达的，单位细胞的发光数量很稳定。即便标记细胞在动物体内有复杂的定位，亦可从动物体表的信号水平直接得出发光细胞的相对数量。而对于荧光，激发光需要穿过组织到达靶点，发射光需要从体内出来，路径较长。信号水平取决于激发光的强度、发光细胞的数量、靶点的深度、光线穿过的组织对其的吸收及散射等因素，使得荧光强度较难定量。荧光成像定量需要仪器的激发光能够保证持续长时间稳定，并均匀照射到动物体表。NightOWL ⅡLB 983成像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，根据光源的大小与深浅针对性选择合适的激发装置，并且采用窄波带滤光片，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。

二、荧光成像技术优点

在活体动物可见光成像技术中，相对于生物发光成像技术，荧光成像技术的优势主要表现在：

1. 荧光染料、蛋白标记能力强

荧光标记物种类繁多，包括荧光蛋白、荧光分子、量子点等，可以与基因、多肽、抗体等生物分子标记，作为分子探针使用范围广。同时，不同的荧光蛋白或染料还可对样本进行多重标记，同时成像。检测的波长范围从300~1100nm，某些仪器公司还提供全光谱的滤光片实现几乎所有荧光标记的体内成像。

2. 信号强度大

由于荧光是在外界光源激发下产生的能量转移现象，其光子强度较其它光学信号更强，持续时间长，信号所反应的样本信息量更丰富，对信号接收仪器的要求相对较低，仪器不需要必须配备低温冷CCD（如绝对温度＜-80℃），节省实验成本和购置成本。

3. 实验成本低

相对于活体生物发光成像来说，荧光成像费用低廉，无需注射底物荧光素。荧光发光基团只要在其合适强度的激发光激发下就可以发出定波长的发射光信号，整个反应不需要向动物注射任何昂贵的反应成分，只要保证荧光基团稳定，就可实现随时激发随时发光的效果。

4. 活体动物、动物尸体、器官全部可以进行成像

由于荧光是基于物理能量转移原理，对实验样本的生理状态要求较低，可以实现活体、尸体、尸解组织器官样本的光学成像。而对于生物发光，只有在活细胞内才会产生发光现象。

总之，生物发光和荧光技术，如何互为补充，取长补短，分别满足不同的研究领域，将来的发展方向是两种技术并重。对于不同的研究，可根据两者的特点以及实验要求，选择合适的方法（表1）。

表1 生物发光及荧光特点的比较

   优     点 缺    点  
生物发光

特异性强，无自发荧光
高灵敏度，在体内可检测到几百个细胞
检测的深度在3-4厘米
精确定量

信号较弱，检测时间较长，需要灵敏的CCD镜头，仪器精密度

要求高 需要注入荧光素，实验成本高

细胞或基因需要转基因标记

有些物质不能用生物发光标记，如抗体、多肽等 很难用于人体 
荧光

荧光染料、蛋白标记能力强，多种蛋白及染料可用于多重标记 信号强度大，成像速度快

实验成本低

活体动物、动物尸体、器官全部可以进行成像

可衔接体内实验和体外实验，保持研究的连贯性 未来可能用于人体 

非特异性荧光限制了灵敏度，体内检测最低约105细胞

检测深度受限制 较难精确体内定量    

 

编辑: cq

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