技術乾貨 | 螢光成像與生物發光成像技術對比

在上一期的專欄裡，我們對比了螢光成像和生物發光的基本原理。那針對自己的課題，生物發光和螢光成像哪個好？什麼情況下選擇生物發光，什麼情況下選擇螢光成像？今天為大家解答關鍵問題：螢光成像和生物發光成像的優缺點是什麼？

一、螢光成像技術優點

數據來源：使用FOBI整體螢光成像系統對螢光染料Cy5標記的藥物進行觀察

相比生物發光成像，螢光成像技術的優勢主要表現在：1螢光蛋白及螢光染料標記能力更強

• 螢光標記分子種類繁多，包括螢光蛋白、螢光染料、量子點標記等，可以對基因、蛋白、抗體、化合藥物等進行標記。應用範圍極廣，可以對樣本進行多色標記，一個樣本同時獲得多種細胞或藥物的分布。

2信號強度高

• 螢光成像的光子強度較生物發光更強，持續時間長，對CCD的靈敏度要求相對較低，無需必配低溫冷CCD，即可獲得清晰成像結果。

3實驗成本低，成像過程簡單

• 相比生物發光成像，成像前無需注射螢光素酶底物。有合適的激發光源照射，就可發出特定波長的發射光。只要螢光基團穩定，就可實現隨時激發、發光、檢測。

4從活體到離體均可成像

• 相比生物發光只能在活細胞內才會發光。螢光蛋白或螢光染料只需保持螢光基團穩定即可穩定發光，並可在活體或離體組織器官進行觀察。在實驗前期螢光材料製備階段，可以直接在EP管中進行成像觀察。

二、生物發光技術優點

數據來源：Yichi Su. et al. Nature Methods volume 17, 852–860 (2020)

相比螢光成像，生物發光成像的主要優勢表現在：1特異性強，無自發螢光

• 以螢光素酶作為體內報告源的生物發光方法，特異性極強。由於動物本身沒有任何自發光，生物發光具有極低的背景和極高的信噪比。

2高靈敏度

• 生物體內很多物質在激發光的照射下，也會發出螢光，這些非特異性螢光背景會影響檢測靈敏度。螢光成像的靈敏度最高可在動物體內檢測到約104細胞，而生物發光具有在動物體內監測102數量級細胞的靈敏度。

3檢測深度更高

• 對於需要在深部組織進行的研究（檢測深度在3~4cm），應用生物發光是最佳選擇。

4精確定量

• 由於螢光素酶基因是插入細胞染色體中穩定表達的，單位細胞的發光數量、發光條件相對穩定。即使標記細胞在動物體內有複雜的定位，亦可從動物體表的信號水平測量出發光細胞的相對數量。

總結：

螢光成像和生物發光技術，互為補充，分別滿足不同的研究領域。對於不同的研究，可根據兩者的特性及實驗要求選擇。例如在腫瘤生長與轉移、藥物的分布與代謝、納米顆粒的靶向性與代謝、植物基因的表達、生物相容性材料開發、新型標記技術的開發等多個研究中均可用到螢光成像技術。

下期預告：

無論大家是選擇生物發光或者螢光成像技術，苦惱總是有，例如：生物素在體內可以維持多長時間？螢光蛋白和染料種類繁多，該怎樣選擇？下期繼續為大家介紹關於活體成像技術應用與選擇的問題與難點。

參考文獻

1.Su, Y., Walker, J.R., Park, Y. et al. Novel NanoLuc substrates enable bright two-population bioluminescence imaging in animals. Nat Methods 17, 852–860 (2020). 2.M.KeyaertsV.CaveliersT.Lahoutte Comprehensive Biomedical Physics Volume 4, 2014, Pages 245-256.

關於FOBI整體螢光成像系統專業用於螢光成像，針對螢光成像應用而設計。採用LED漫射光源對樣本進行激發，使用真彩色快速成像照相機並搭配多種專業濾光鏡進行圖像採集，能夠快速實時得到直觀、高品質的圖像和視頻。