技术干货 | 荧光成像与生物发光成像技术对比

生物发光和荧光成像哪个好？什么情况下选择生物发光，什么情况下选择荧光成像？今天为大家解答关键问题：荧光成像和生物发光成像的优缺点是什么？

一、荧光成像技术优点

数据来源：使用FOBI整体荧光成像系统对荧光染料Cy5标记的药物进行观察

相比生物发光成像，荧光成像技术的优势主要表现在：

1 荧光蛋白及荧光染料标记能力更强

荧光标记分子种类繁多，包括荧光蛋白、荧光染料、量子点标记等，可以对基因、蛋白、抗体、化合药物等进行标记。应用范围极广，可以对样本进行多色标记，一个样本同时获得多种细胞或药物的分布。

2 信号强度高

荧光成像的光子强度较生物发光更强，持续时间长，对CCD的灵敏度要求相对较低，无需必配低温冷CCD，即可获得清晰成像结果。

3 实验成本低，成像过程简单

相比生物发光成像，成像前无需注射荧光素酶底物。有合适的激发光源照射，就可发出特定波长的发射光。只要荧光基团稳定，就可实现随时激发、发光、检测。

4 从活体到离体均可成像

相比生物发光只能在活细胞内才会发光。荧光蛋白或荧光染料只需保持荧光基团稳定即可稳定发光，并可在活体或离体组织器官进行观察。在实验前期荧光材料制备阶段，可以直接在EP管中进行成像观察。

二、生物发光技术优点

数据来源：Yichi Su. et al. Nature Methods volume 17, 852–860 (2020)

相比荧光成像，生物发光成像的主要优势表现在：

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，特异性极强。由于动物本身没有任何自发光，生物发光具有极低的背景和极高的信噪比。

2 高灵敏度

生物体内很多物质在激发光的照射下，也会发出荧光，这些非特异性荧光背景会影响检测灵敏度。荧光成像的灵敏度zui高可在动物体内检测到约104细胞，而生物发光具有在动物体内监测102数量级细胞的灵敏度。

3 检测深度更高

对于需要在深部组织进行的研究（检测深度在3~4cm），应用生物发光是zui佳选择。

4 精确定量

由于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、发光条件相对稳定。即使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测量出发光细胞的相对数量。

总结

荧光成像和生物发光技术，互为补充，分别满足不同的研究领域。对于不同的研究，可根据两者的特性及实验要求选择。例如在肿瘤生长与转移、药物的分布与代谢、纳米颗粒的靶向性与代谢、植物基因的表达、生物相容性材料开发、新型标记技术的开发等多个研究中均可用到荧光成像技术

下期预告

无论大家是选择生物发光或者荧光成像技术，苦恼总是有，例如：生物素在体内可以维持多长时间？荧光蛋白和染料种类繁多，该怎样选择？下期继续为大家介绍关于活体成像技术应用与选择的问题与难点。欢迎对活体成像技术感兴趣的老师和同学们，扫码加入瑞沃德活体光学成像讨论群，共同学习探讨。

参考文献

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.