深度制冷CCD相機在活體成像中的應用

1999年，美國哈佛大學Weissleder教授提出了分子影像學(molecular imaging，MI)的概念，即應用影像學的方法對活體狀態下的生物過程進行細胞和分子水平的定性和定量研究，而活體成像便是基于分子影像學孕育而生的一種新型成像技術。

近年來，我國醫療健康產業發展突飛猛進。活體成像因其操作極其簡單、所得結果直觀、靈敏度高及測試方法安全等特點，在生命科學、醫學研究及藥物開發等重點研究領域，都貢獻了十分寶貴的力量。

圖1 動物活體成像模型

目前，小動物活體成像技術應用的實驗方法主要有生物發光和熒光兩種：

活體生物發光技術是指在小的哺乳動物體內利用報告基因（如熒光素酶基因）表達所產生的熒光素酶蛋白與其小分子底物熒光素在氧、Mg2+離子存在的條件下消耗ATP發生氧化反應，將部分化學能轉化為可見光能釋放（這種光是由化學反應而來，不需要激發光），因為每次熒光素酶催化反應只能產生一個光子，這是肉眼無法觀察到的，因此需要應用一個高靈敏度的制冷CCD相機以及特別設計的先進成像系統，才可觀測并記錄到這些光子。

熒光技術是采用熒光報告基因 (GFP、RFP等) 或熒光染料（包括熒光量子點等新型納米標記材料）進行標記，利用報告基因、熒光蛋白質或染料產生的熒光，就可以形成體內的生物光源。然后通過激發光激發熒光基團到達高能量狀態，而后產生發射光，其波長范圍為450~650nm。熒光信號一般遠強于生物發光，但非特異性熒光產生的背景噪聲使其信噪比非常低，需要高靈敏度的CCD相機才能檢測到穿透的光信號。

圖2 小鼠生物熒光成像圖（來源于網絡）

英國Raptor公司是一家總部位于北愛爾蘭的高科技公司，成立于2006年9月。其致力于設計和制造高性能、低照度科學級相機，其成熟的CCD、EMCCD、InGaAs、和X-Ray相機，在科研、監控和天文等領域得到廣泛應用。

Raptor設計制造的Eagle深度制冷CCD相機，是目前靈敏的CCD相機之一。Eagle相機集合了超靈敏成像的許多關鍵因素，可適用于動物活體成像，具體產品如下：