组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
肿瘤生长与转移（tumor growth/metastasis）、细胞迁移与存活（cell trafficking）、基因表达（gene expression）、蛋白相互作用（protein-protein interaction）、感染（infection）；样品基质：活体小鼠/大鼠等小动物组织
检测原理
BLI以荧光素酶报告系统作为识别与信号放大单元。目标生物过程（如肿瘤细胞增殖、基因启动子激活、蛋白互补或蛋白酶切割）调控荧光素酶表达或使分裂荧光素酶片段重新组装，从而改变酶活性。随后荧光素酶催化外源底物D-luciferin或coelenterazine氧化，或Lux系统利用细胞内长链脂肪醛自主发光，产生480–562 nm光子。光子通量与报告细胞数量、酶活性或基因表达水平近似相关。光子穿过组织时发生吸收和散射，经遮光成像腔由冷却CCD/EMCCD相机收集，软件进行背景校正与定量，实现非侵入读出。
检测灵敏度
原文未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数；仅提及约10^-19 mol荧光素酶（2.4×10^5 molecules）可产生可检测光信号，单细胞成像背景比为6:1。
效应效果
作者主张BLI具有非侵入、低成本、高通量和可重复纵向监测优势，能减少动物间变异。相比荧光成像，哺乳动物组织内源生物发光背景低，但组织穿透有限，深度超过数厘米时结果不稳定。FLuc/RLuc需外源底物，注射途径影响峰强度与重现性；Lux无需底物、信号稳定，但490 nm易被组织吸收且亮度较低。文中报道Kim等可成像单个生物发光细胞，背景比为6:1；FLuc峰值约562 nm，RLuc约480 nm，Lux约490 nm；FLuc量子产率约40%，RLuc约7%。BLI还可与CT、PET、ECG等多模态数据融合，用于肿瘤、干细胞、免疫细胞、基因表达和感染研究。
传感器的构成
- 无固定传感器结构：本文为综述，未报道单一电极/纳米修饰型生物传感器
- 报告细胞/识别元件：表达荧光素酶（FLuc、RLuc、Lux）的细胞或转基因动物，用于标记目标细胞、基因或蛋白过程
- 信号标记物：荧光素酶催化底物（D-luciferin、coelenterazine、长链脂肪醛）氧化发光，产生480–562 nm光子
- 换能器/读出设备：高量子效率CCD、ICCD或EMCCD相机，通常冷却至低于-80 °C，用于收集生物发光光子
- 成像腔/样品台：遮光成像腔及麻醉、加热、隔离装置，用于固定活体动物并降低热噪声与运动干扰
- 软件读出：伪彩色成像、定量、校准与背景校正软件，将光子通量映射到解剖位置
- 多模态接口：可并行采集ECG、X-ray、CT或PET数据，并与生物发光图像叠加分析
中文摘要
体内生物发光成像（BLI）正日益成为现代生物学研究的重要方法。该技术利用表达荧光素酶的生物报告细胞发出的光，对活体动物进行非侵入式检测，已广泛应用于基因功能、药物发现与开发、细胞迁移、蛋白-蛋白相互作用，以及肿瘤发生、癌症治疗与疾病进展等生物分子过程研究。本文综述了BLI与多种生物报告/生物传感系统的整合方式，讨论了不同荧光素酶报告蛋白、组织光学特性、成像设备、成像模式、底物递送途径及其在活体动物模型中的应用，并展望了BLI如何帮助研究者以新的可视化方式理解活体内部生物过程。
英文摘要
In vivo bioluminescent imaging (BLI) is increasingly being utilized as a method for modern biological research. This process, which involves the noninvasive interrogation of living animals using light emitted from luciferase-expressing bioreporter cells, has been applied to study a wide range of biomolecular functions such as gene function, drug discovery and development, cellular trafficking, protein-protein interactions, and especially tumorigenesis, cancer treatment, and disease progression. This article will review the various bioreporter/biosensor integrations of BLI and discuss how BLI is being applied towards a new visual understanding of biological processes within the living organism.