小动物活体成像仪的原理主要通过一定的方式对研究对象进行光学标记，使其具有发光的性质，再通过成像技术及设备对光信号进行采集成像。以下是详细的解释：

一、标记原理

小动物活体成像技术主要采用生物发光与荧光技术。

生物发光：利用荧光素酶基因（Luciferase）标记细胞或DNA。通过将荧光素酶基因整合到细胞DNA中，表达荧光素酶，并注射荧光素底物，荧光素酶在活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。哺乳动物中的荧光素酶基因被稳定整合至目标细胞内后，培育出持续表达该酶的细胞株。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。而细菌则依靠lux操纵子内基因自我发光，无需外源底物。

荧光技术：采用绿色荧光蛋白（GFP）、红色荧光蛋白（RFP）等荧光报告基因，以及FITC、Cy5、Cy7等荧光素及量子点（quantumdot，QD）进行标记。荧光成像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、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。尤其在红光波段，光能有效穿透组织。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。可见光体内成像技术正是基于这一原理，利用光穿透组织并被仪器量化检测，从而间接反映体内细胞数量。

三、成像原理

小动物活体成像仪采用高灵敏度制冷CCD配合特制的成像暗箱和图像处理软件，能够直接监控活体生物体内的细胞活动和基因行为。实验者可以观测活体动物体内肿瘤的生长及转移、感染性疾病发展过程、特定基因的表达等生物学过程。成像时，通常将小动物麻醉后置于暗箱中，先拍摄背景图，再在无光环境下捕捉小动物体内发光，最后将背景图与发光图叠加以定位光源。

四、技术应用

小动物活体成像技术具有非侵入性、高灵敏度、直观结果等优点，已广泛应用于生命科学、医学研究及药物开发等领域。具体应用包括：

癌症研究：生物发光成像技术无创监测肿瘤生长、转移及治疗效果，助力抗癌药物研发。

免疫与干细胞研究：该技术标记细胞，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。

细胞凋亡监测：融合蛋白技术结合荧光素酶，细胞凋亡时发光，直观监测活体动物体内凋亡过程。

病毒侵染研究：荧光素酶标记病毒，清晰观测其侵染路径及神经系统入侵过程。

基因治疗监测：荧光素酶作为报告基因，助力非侵入式监测目的基因在动物体内的表达情况，评估基因治疗效果。

细菌侵染与抗生素药物筛选：利用标记好的细菌在动物体内对药物的反应进行药物筛选和临床前动物实验研究。

总结

小动物活体成像仪的原理基于生物发光与荧光技术、光学原理以及先进的成像技术，为生命科学和医学研究提供了强大的工具。