类型荧光染料激发与发射波长

功能成像 PET+SPECT
结构成像 多模式成 功能成像 像
多模式活体成像应用举例
---生物发光、荧光与X光的组合运用
生物发光、荧光成像和X光成像组合运用的成功范例，已成 为肿瘤等研究的经典方法
Backer MV, et al., 2007. Vol13(4), April 2007. p504-9.
荧光成像在细菌研究中的应用
Pre-
Post-
6 h 12 h 18 h
21 h
injection injection
Leevy, W. M.; Marquez, M.; Piwnica-Worms, D.; Smith, B. D. Bioconjugate Chem.2008,19,686–692.
‘标’悍的荧光
荧光成像的关键因素—穿透率
小鼠不同部位的穿透率
650-850nm是活体成像的核心波段
波长对背景噪音的影响
420 ex / 790 em 440 ex / 790 em 460 ex /790 em 480 ex / 790 em 520ex / 790 em 540 ex / 790 em 570 ex / 790 em 590 ex / 790 em 600 ex /790 em 610 ex / 790 em 620 ex / 790 em 630 ex / 790 em 650 ex / 790 em 670 ex / 790 em 690 ex / 790 em 700 ex / 790 em 710 ex / 790 em 720 ex / 790 em 730 ex / 790 em White Light
结构成像
X光、白光成像
对象 优点 缺点
细胞
噪音低 构建繁琐 成本昂贵
细胞、分子 应用广泛 噪音大
分子 影响小 资质许可
动物或器官 结构清晰 无功能信息
功能成像（荧光）与结构成像（X光）的组合运用
X光成像
Kodak X-Sight 761
overlay
数码X光成像的精确定位
-结构成像与功能成像相结合
X-Ray
近红外成像-荧光成像的最佳选择
不同波长激光笔对大拇指的透光实验
2、生物发光
定义： 生物发光是荧光素酶（Luciferase）以荧光素 （Luciferin）、三磷酸腺苷（ATP）和O2为底物，在Mg 2＋存在 时发生酶促反应中产生光子的过程。 荧光素+ ATP+ O2→核黄素磷酸盐+醛化合物 核黄素磷酸盐+醛化合物→激发的络合物 激发的络合物→氧化核黄素磷酸盐+酸+水+光子
5000
4570
4500
4165
4000
3692
3500
3267 2842
3000
2408
2500
1937
2000
1600
1500 1000 500
123 142 235 264 301 336 361 393 499 621 777 9901166
0
常用活体成像模式
功能成像
生物发光 荧光成像
同位素
Nature Medicine
多模式活体成像应用举例
---荧光与同位素成像的组合运用
In111-DTPA-CCPM
Zhi Yang, Chun Li, Biomacromolecules 2007，8（11）
多模式活体成像应用举例
---发光、荧光与同位素成像的共定位
生物发光（ fire），近红外成像（ rainbow ），同位素成像（111In-LS308） Mol Imaging, 2009. 8(2): p. 101-10
数码X光成像的精确定位
-结构成像与功能成像相结合
正面成像
侧面成像
Courtesy Dr. B. Bednar , Merck Co. Inc.
多模式活体成像
多模式活体成像：成像过程中至少同时采用一种结构成 像和一种功能成像的组合成像方式。
例如： X光 ＋ 荧光成像 + 生物发光 + 同位素成像
结构成像 CT ＋
1、荧光成像
激发光
发射光
基态
激发态
光能
光能
发射态
荧光成像应用
标记生物大分子：蛋白、抗体、多肽、核酸； 标记小分子化合物：小分子化合物； 标记细胞：肿瘤细胞、干细胞等； 标记纳米化药剂：脂质体、胶束等； 标记其他纳米材料：金属氧化物等; 标记细菌：各种感染模型; 标记脏器：ICG;
化学能→光能
生物发光的应用
1. 细胞或细菌标记：肿瘤细胞、干细胞等记； 最新技术：生物发光与荧光蛋白双标
2. 基因表达：以融合蛋白的方式标记内源性蛋白，研究 基因表达情况；
3. 蛋白相互作用：将荧光素酶基因分为两个片段，分别 与要研究的两个蛋白融合表达，两种蛋白相互靠近后 产生发光。
3、X-Ray 成像
活体成像的优点
终极方法 无损伤性 直观形象
活体成像技术的应用方向
药物材料研究
新药评价 纳米药物 核酸疫苗 骨科材料 生物材料
生命科学研究
Байду номын сангаас
肿瘤
微生物
干细胞 心脑血管 疾病模型
近20年全球分子影像相关论文年发表趋势
（1991-2011.11）
论文篇数
11999921 11111999999999976543 2222222211000000009900000000997654321098 2222000011001098
实验设计实践方面：
染料的选择：类型、波长… 标记方法的选择：共价键、非共价键、脂质体… 荧光单一波长与多光谱分析选择: 近红外… 荧光素酶基因标记的细胞株
不同研究水平的相互组合
活体水平
离体脏器水平
细胞分子水平
0.0 mm
0.1 mm
0.2 mm
0.4 mm
1.4
1.6
1.8
2.1
Bone/Soft Tissue
Binning 1 x 1, Acq. Time 100 s
0.8 mm 2.5
二、活体成像实验设计
活体成像实验设计
实验设计理论方面：
成像模式的选择：结构成像与功能成像组合 不同研究水平的相互组合：活体、离体、分子水平
活体成像技术实验设计与应用 介绍
内容简介
一、活体成像技术简介
活体成像定义
定义: 活体状态下在细胞和分子水平上 应用影像学方法对生物过程进行空间和 时间上的定性、定量分析研究的一门科 学。
Dr. Ralph Weissleder
细菌感染模型建立
金黄色葡萄球菌
荧光标记探针靶向细菌
DPA-Cy7