小动物活体成像系统基本操作指南

小动物活体成像系统作为一种先进的影像设备，在生命科学研究领域发挥着重要作用。它能够在实时和非侵入性的条件下，追踪小动物体内的生物学过程和疾病发展的动态信息，为肿瘤治疗、感染性疾病治疗、免疫学研究、细胞追踪和药物研发等领域提供了强有力的支持。本文将详细介绍小动物活体成像系统的基本操作指南，帮助研究人员更好地掌握这一技术。

一、系统概述

小动物活体成像系统通过光学标记技术，使小动物体内特定物质具有发光性质，再利用成像技术及设备对光信号进行采集成像。按照发光原理，小动物活体成像主要分为生物发光和荧光发光两种。生物发光利用荧光素酶催化底物氧化反应产生光子，从而发出光信号；荧光成像则利用荧光染料或荧光蛋白等荧光标记物质，在特定波长光激发下发出特定波长的荧光信号。

二、实验前准备

1. 仪器设备检查

在实验开始前，应确保小动物活体成像系统和相关仪器设备（如气体麻醉系统）处于正常运转状态。检查设备连接是否稳定，没有松动的连接线或插头；检查光源是否正常工作；检查设备周围的环境，确保没有杂物或其他障碍物。

2. 实验动物准备

选择合适的实验动物，如小鼠等，并确保其健康状况良好。根据实验需求，可能需要对动物进行禁食处理，以减少荧光干扰。同时，对动物进行剃毛处理，以降低毛发光吸收和光散射，尽可能消除来自毛发的背景荧光。

3. 试剂准备

根据实验需求准备相应的试剂，如荧光素底物等。对于生物发光成像，常用的底物是D-荧光素钾盐，需使用不含钙镁离子的缓冲液（如DPBS或PBS）进行溶解。荧光成像则需根据荧光物质种类选择合适的激发光和发射光滤光片。

三、实验操作步骤

1. 麻醉动物

将动物放入麻醉系统中，使用气体麻醉（如异氟烷）或注射麻醉（如水合氯醛、戊巴比妥钠等）进行麻醉。气体麻醉具有麻醉诱导和复苏较快的优点，一般使用浓度为2%的异氟烷与氧气混合使用。注射麻醉则通过腹腔注射等方式进行。麻醉过程中需密切监测动物的生命体征，确保其处于安全状态。

2. 注射荧光素底物

对于生物发光成像，需在麻醉前或麻醉后向动物体内注射荧光素底物。注射剂量通常根据动物体重计算，如150mg/kg体重。注射方式可选择腹腔注射或静脉注射（如小鼠的尾部或眼眶静脉注射）。注射时需缓慢进行，避免对动物造成伤害。

3. 放置动物于成像平台

将麻醉后的动物放置在小动物活体成像系统的成像平台上，将待检测部位朝向上方（相机镜头的方向）。一般采取仰卧位，确保动物位置稳定且视野清晰。

4. 成像参数设置

打开成像系统的软件界面，根据实验需求设置成像参数。包括曝光时间、Binning值（像素合并值）、视野大小、成像高度等。对于生物发光成像，需选择生物发光模式并设置相应的滤光片组；对于荧光成像，则需选择合适的激发光和发射光滤光片。

5. 成像操作

关闭暗箱门，点击软件的预览功能，确定小动物位置是否在视野中央。如需拍摄多只小动物，可在视野内并排摆放。设置完成后，点击开始成像按钮进行成像操作。成像过程中需保持环境安静和稳定，避免对成像结果产生影响。

6. 图像获取与分析

成像结束后，系统会自动获取图像并进行明场图和发光图或荧光图的融合。研究人员可利用软件对图像进行分析处理，包括调整灰度优化显示效果、选取感兴趣的区域（ROI）进行测量和数据处理等。通过定量分析ROI区域内的光子数或信号面积等指标，可获得实验所需的数据结果。

四、注意事项

1. 动物福利与伦理

在实验过程中应严格遵守动物福利与伦理原则，确保动物得到妥善照顾和合理使用。麻醉和注射等操作需由专业人员进行，避免对动物造成不必要的痛苦和伤害。

2. 实验环境控制

成像系统工作时需保持室内温度适宜（一般不超过26℃），室内相对湿度须小于60%，室内不得有明显扬尘。这些环境因素对成像系统的性能和成像结果都有重要影响。

3. 试剂使用与储存

荧光素底物等试剂需按照说明书要求进行储存和使用，避免过期或变质导致实验失败。同时，在操作过程中需佩戴个人防护装备（如实验室外套、手套和眼罩）以确保人员安全。

4. 设备维护与清洁

实验结束后需及时清洁设备和容器，确保没有残留物对下次实验产生影响。定期对成像系统进行维护和检查，包括清洁光学部件、检查设备连接等，以确保其正常运转和延长使用寿命。

5. 数据记录与分析

在实验过程中需详细记录各项参数和操作步骤，以便后续数据分析和实验复现。同时，对获取的图像和数据需进行仔细分析和处理，确保实验结果的准确性和可靠性。

五、实验优化与改进

1. 曝光时间调整

曝光时间对成像结果有重要影响。如预实验时拍摄出图片非特异性杂点多，需降低曝光时间；反之，如信号过弱可适当延长曝光时间。但曝光时间的延长会增加背景噪音的放大效应，因此需根据实验需求进行合理调整。

2. 背景荧光干扰消除

背景荧光干扰是影响成像结果的重要因素之一。可通过选择背景荧光低不容易反光的材料（如黑纸）放在动物标本身下减少反射干扰；同时需及时清除动物尿液或其他杂质以避免非特异性信号的产生。

3. ROI区域选择

正确选择ROI区域可提高分析实验数据的准确性。在选择ROI区域时需根据实验需求和图像特征进行合理划分和选择；同时需避免选择包含背景噪音或干扰信号的区域以确保分析结果的可靠性。

4. 实验重复性与验证

为确保实验结果的准确性和可靠性，需进行多次重复实验并进行验证。通过比较不同实验条件下的成像结果和数据差异可评估实验的可重复性和稳定性；同时可结合其他实验方法（如病理学检查、分子生物学检测等）对实验结果进行进一步验证和确认。

小动物活体成像系统作为一种先进的影像设备在生命科学研究领域具有广泛应用前景。通过掌握其基本操作指南和注意事项可帮助研究人员更好地利用这一技术进行实验研究和数据分析。同时需不断优化和改进实验方法和条件以提高成像结果的准确性和可靠性为后续的科学研究提供有力支持。