小动物成像仪，即小动物活体成像系统，是一种应用于生命科学研究领域的影像设备。其原理主要基于生物发光和荧光发光技术，通过高灵敏度光学仪器，实现非侵入性地追踪活体动物体内细胞、基因活动及疾病过程，如肿瘤生长、感染进程等。以下是小动物成像仪原理的详细解释：

一、生物发光原理

标记原理：通过将荧光素酶基因（如Fluc基因）整合到细胞DNA中，使细胞能够表达荧光素酶。当向活体动物注射荧光素底物后，荧光素酶在细胞内催化荧光素底物氧化反应，产生氧化荧光素、氧和光子，从而发出光信号。这种发光现象在活细胞内发生，且光的强度与标记细胞的数目线性相关。

光学原理：光在哺乳动物体内传播时会因细胞和组织特性而散射、吸收及折射。在红光波段，光能有效穿透组织，使得细胞数量与检测到的发光强度在相同深度下呈良好线性关系。小动物成像仪利用这一原理，通过高灵敏度CCD相机及成像系统，捕捉并记录这些光子，从而间接反映体内细胞数量。

二、荧光发光原理

标记原理：使用荧光染料或荧光蛋白等荧光标记物质标记细胞、基因或其他生物分子。这些荧光标记物质在特定波长光的激发下，会发出特定波长的荧光信号。

成像原理：小动物成像仪通过激发光源激发荧光基团到达高能量状态，然后产生波长较激发光长的发射光。这些发射光通过高灵敏度制冷CCD镜头探测到，并转化为可见的图像。

三、技术特点与应用

技术特点：小动物成像仪具有非侵入性、连续观测、高灵敏度、高分辨率等优点。它能够实时追踪活体动物体内的生物学过程和疾病发展的动态信息，提供可靠的实验数据。

应用领域：小动物成像仪在肿瘤治疗、感染性疾病治疗、免疫学研究、细胞追踪和药物研发等领域具有广泛应用。例如，在癌症研究中，它可以帮助研究人员无创监测肿瘤生长、转移及治疗效果；在免疫与干细胞研究中，它可以连续追踪造血干细胞及淋巴细胞，揭示免疫应答及治疗的细胞机制。

四、注意事项

在进行小动物成像实验前，需要对实验动物进行适当处理，如剃毛以降低毛发光吸收和光散射。

仪器工作时需要保证室内温度、湿度等环境条件适宜，以减少成像系统的损耗并提高成像质量。

在使用完仪器后，需要按照操作规程进行关闭和保养，以确保仪器的长期稳定运行。

总结

小动物成像仪的原理主要基于生物发光和荧光发光技术，通过高灵敏度光学仪器捕捉并记录活体动物体内的光信号，从而实现对生物学过程和疾病发展的动态监测。