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活体成像指在活体状态下在细胞和分子水平上应用影像学方法对生物过程和时间上的定性和定量分析的一门科学，主要包括生物发光（bioluminescence）与荧光（fluorescence）、同位素成像(Isotopes)、X光成像(X-ray)等。其中，生物发光是荧光素酶基因标记细胞，而荧光技术则采用荧光报告基团表达的荧光蛋白（GFP、EGFP、RFP、YFP）、荧光染料等进行标记，然后利用仪器进行检测。同位素成像是利用放射性同位素作为示踪剂，对研究对象进行标记, 并进行活体成像的一种微量分析方法，通过活体成像技术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，其中以生物发光应用较为实用。
生物发光，一般是将 Firefly luciferase 基因（由554个氨基酸构成，约 50 KD）即荧光素酶基因整合到预期观察的细胞染色体DNA上以表达荧光素酶，培养出能稳定表达荧光素酶的细胞株，当细胞分裂、转移、分化时, 荧光素酶也会得到持续稳定的表达。基因、细胞和活体动物都可被荧光素酶基因标记。将标记好的细胞接种到实验动物体内后，当外源（腹腔或静脉注射）给予其底物荧光素 (luciferin )，即可在几分钟内产生发光现象。这种酶在 ATP，氧存在的条件下，催化荧光素的氧化反应才可以发光，因此只有在活细胞内才会产生发光现象，并且发光光强度与标记细胞的数目线性相关。
除 Firefly Luciferase 外，有时也会用到 Renilla Luciferase。二者的底物不一样，前者的底物是荧光素（D-luciferin），后者的底物是coelentarizine。二者的发光波长不一样，前者所发的光波长在540~600 nm，后者所发的光波长在460~540 nm左右。前者所发的光更容易透过组织，后者在体内的代谢比前者快，而且特异性没有前者好，所以大部分活体实验使用 Firefly Luciferase 作为报告基因，如果需要双标记，也可采用后者作为备选方案。
荧光素酶的发光是生物发光，不需要激发光，但需要底物荧光素。荧光素在氧气、ATP存在的条件下和荧光素酶发生反应，生成氧化荧光素(oxyluciferin)，并产生发光现象。
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