分子影像研究中分子探针技术的进展
医学影像学中的分子影像技术研究
医学影像学中的分子影像技术研究医学影像学作为一门重要的临床诊断学科，其研究重点一直在提高影像的分辨率和解析度，以期更准确地反映人体内部的病变情况。
然而，传统的医学影像学无法满足对人体内分子和细胞水平的深入观察和研究需求，这就需要借助分子影像技术的发展，来满足对人体内部最基本、最微观、最重要的生物学分子和生物过程的直接、非侵入式、实时观察与研究。
分子影像技术的研究首先需要理解生物分子的特性，比如分子的浓度、分布、动态变化、相互作用等，这都需要考虑分子基本的物理化学性质。
因此，分子影像技术的研究需要在物理学、化学、生物学等多学科交叉与合作的基础上，通过物理手段、化学标记和探针技术等手段实现对分子的成像研究。
随着生物医学和生物技术的迅猛发展，分子影像技术已经成为医学影像学领域中最具有前景和潜力的新发展方向之一，其发展可以进一步拓展我们对人体疾病的认知和治疗，同时也可以促进人体内分子的研究和药物设计的研究。
实践中，分子影像技术主要有以下几种手段：1.放射性标记技术放射性标记技术利用放射性同位素标记生物分子，通过探测放射性核素的辐射信号实现成像。
常用的放射性标记生物分子有FDG、FET等。
放射性标记技术可以实现在生物分子水平上对生物分子行为的精细监测，对研究和治疗诸多疾病都有很大的帮助。
2.光学标记技术光学标记技术通过将荧光染料、荧光蛋白等光学标记物标记在需要研究的生物分子上，通过成像系统拍摄荧光显微图像，反映生物分子的含量、分布和动态变化等信息。
这种技术特别适用于研究细胞内的分子轨迹、细胞信号传递、细胞分裂以及肿瘤诊断和评估等方面。
3.声学标记技术声学标记技术通过将微泡、纳米粒子等标记物标记在需要研究的生物分子上，通过超声成像系统对声学信号进行检测和分析，反映生物分子的含量、分布和动态变化等信息。
随着纳米技术的不断进步和发展，声学标记技术越来越得到重视，可以优化医学治疗的效果，如通过纳米药物送药等。
以上三种分子影像技术各自有其独特的优势和局限性，在不同的研究领域中都有广泛的应用。
分子荧光探针的设计及其在细胞成像中的应用
分子荧光探针的设计及其在细胞成像中的应用荧光探针是一种广泛应用于生命科学、环境科学和材料科学等领域的功能性化合物。
随着现代研究方法的不断发展，传统的染色剂和荧光探针已经无法满足对微小结构和复杂细胞机制的高要求，因此分子荧光探针应运而生。
本文将介绍分子荧光探针的设计和原理，并重点探讨其在细胞成像中的应用。
一、分子荧光探针的设计原理所谓分子荧光探针，就是将某种荧光基团与目标分子相连而制成的一种探针。
分子荧光探针的设计基础是化学反应的原理，而其荧光探针的特殊结构，则是其实现功能的关键所在。
通常而言，荧光探针的设计包括以下几个方面：1. 氨基酸基团的化学反应氨基酸基团的化学反应是实现分子荧光探针对生物分子的特异性辨别的关键。
其中，包括了一些典型的反应如华夫硫酸反应等。
2. 空间构象的影响空间构象的影响通常是通过三维分子构象的压制实现的。
分子内部的静电作用能够使分子的构象大幅改变，从而引起荧光探针发光。
3. 共振能级耦合结构的优化共振能级耦合结构是分子荧光探针设计中的一项关键因素。
通过一些与结构相关的化学反应，能够通过调整探针的共振能级耦合结构，从而赋予其特定的光谱性质。
二、分子荧光探针在细胞成像中的应用分子荧光探针在细胞成像中的应用主要基于其良好的细胞渗透性、高选择性和稳定性。
这种探针可以通过荧光显微镜等非侵入性手段，在细胞层面上实现对生物活体的实时监测。
1. 细胞膜成像分子荧光探针的主要应用是在细胞膜成像方面。
该领域应用的最常见方法是通过化学修饰细胞膜的荧光探针，从而获取细胞膜的直观图像。
这项技术广泛应用于细胞生物学、药物研发和医学等领域。
2. 细胞内成像除了细胞膜成像，分子荧光探针还可以用于细胞内成像。
在这种应用中，可以通过探针对细胞内部荧光的识别，进一步了解细胞的结构和功能。
同时，这些探针还可以通过与生物分子结合，实现对生物分子水平的高灵敏检测。
3. 生物分子成像生物分子成像是分子荧光探针在生命科学中的常见应用之一。
肿瘤c-met靶向分子成像探针的研发、制备与应用进展
近年来，肿瘤 的 发 生 率 和 病 死 率 逐 年 上 升，而 目 前常规检查方法包括血清学、病理学、常规影像学 等， 均存在很多缺点，如 血 清 学 检 查 的 特 异 性 不 足，诊 断 不明确；病理活检 多 只 适 用 于 位 置 表 浅 的 病 灶；常 规 影像学多在病灶出现明显形态学变化时方有一定价 值 ，无 法 进 行 早 期 诊 断 。
分子成像运用影像学手段体现活体状态下分子 水平变化，支持定性定量研究，其特异性强，可以 对肿 瘤分子类型 进 行 准 确 判 别；分 子 成 像 探 针 可 直 达 病 灶，在出现形态学变化之前，实现对肿瘤的早期诊 断。 迄今为止，美国食品和药物管理局已批准一系列低 分 子抑制剂，用 于 各 类 受 体 酪 氨 酸 激 酶 （ｒｅｃｅｐｔｏｒｔｙｒｏ ｓｉｎｅｋｉｎａｓｅ，ＲＴＫ）的靶向诊疗，而 ｃ－Ｍｅｔ作 为 一 类 重 要的 ＲＴＫ，在 调 节 肿 瘤 细 胞 的 生 物 学 特 性 方 面 扮 演 重要角 色，针 对 ｃ－Ｍｅｔ的 靶 向 治 疗 受 到 越 来 越 多 的 关注 。 ［１］ 目前的研究 热 点 在 于 开 发 可 以 无 创 在 体 定 量检测 ｃ－Ｍｅｔ水 平 的 成 像 方 案，而 其 关 键 又 在 新 型 ｃ－Ｍｅｔ分子探针的开 发。 本 文 主 要 目 的 是 综 述 报 道 的 ｃ－Ｍｅｔ分 子 成 像 研 究 在 探 针 设 计、构 建 及 应 用 等
二 、ｃ－Ｍｅｔ检 测 方 法 ｃ－Ｍｅｔ的 传 统 检 测 方 法 有 直 接 测 序 法、实 时 荧 光定量 （ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅＰＣＲ，ＲＴＦＱ－ＰＣＲ）、
荧光探针技术的发展及其在生物成像领域中的应用
荧光探针技术的发展及其在生物成像领域中的应用随着生物学研究的深入，科学家们对于生物体内各种分子的结构和功能了解越来越深，而荧光探针技术正是在这个过程中应运而生的。
荧光探针技术利用特定的化学结构和荧光发射机制来探测和识别生物体内不同分子的存在和行为，成为一种重要的研究手段。
本文将简要探讨荧光探针技术的发展历程及其在生物成像领域中的应用。
一、荧光探针技术的历史发展荧光探针技术的前身可以追溯到19世纪中期。
当时，科学家们用一种叫做“量子青春石”的荧光物质，发现在激光光源照射下，这种物质会发出强烈的荧光信号，因而最早探索了用光源驱动探测荧光信号的可行性。
20世纪60年代到80年代，荧光探针技术得到了快速的发展。
在这段时间里，科学家们发现了很多可作为荧光探针的分子，比如荧光染料、荧光蛋白、量子点和金纳米粒子等。
荧光探针技术得到广泛应用，为生物学研究提供了新的思路和方法。
二、荧光探针技术在生物成像领域中的应用荧光探针技术在生物成像领域中的应用是多方面的，可以用于病原体检测、生物分子成像和细胞活动追踪等。
1. 病原体检测病原体检测是荧光探针技术的一个重要应用方向。
利用荧光探针对病原体进行标记，可以快速、敏感地检测病原体的存在和数量。
例如，科学家们利用绿色荧光蛋白对大肠杆菌进行标记，在实验中成功检测到该菌存在的位置和数量。
2. 生物分子成像生物分子成像是荧光探针技术在生物学中的一个主要应用方向。
荧光探针可以与特定的生物分子结合，形成可以被识别的荧光信号，从而用于实时观察生物分子的空间分布和动态变化。
例如，科学家们利用荧光探针对蛋白质进行标记，成功地观察到了蛋白质在细胞内的分布和运动轨迹。
3. 细胞活动追踪荧光探针还可以用于追踪细胞的活动。
例如，利用荧光探针对细胞进行标记，可以跟踪细胞在组织中的迁移和增殖情况。
此外，荧光探针还可以用于跟踪特定细胞的生物学活动，比如神经元的突触活动或心肌细胞的收缩情况等。
三、结语总的来说，荧光探针技术的发展历程迅速而丰富多彩。
光学探针在分子成像中的应用
光学探针在分子成像中的应用分子是构成物质的基本单位，认识分子结构是理解物质性质和反应机理的基础。
而光学探针则是一种在分子水平上探测和成像的工具，已被广泛应用在化学、生物、医学等领域。
本文将从光学探针的原理、应用及发展趋势等方面介绍其在分子成像中的应用。
一、光学探针的原理光学探针是利用化学、物理等原理，将特定的荧光染料引入到生物样本或化学物质中，这些荧光染料本身不具有成像性能，但在激发后，能够自发发射荧光，从而使样本成像，实现对分子结构、反应过程的可视化。
光学探针的激发和发射是基于荧光现象的，即在激发源的入射下，荧光染料分子中的电子受到激发，从基态跃迁到激发态，此时的能量差就对应着荧光染料自发发射荧光的波长，这种荧光波长可以被探测仪器捕捉并转化为图像。
二、光学探针在生物成像中的应用1、活细胞成像传统的生物成像技术需要将生物样本固定、染色等，因此无法实现真正意义上的动态观测，而光学探针则可以在不损害细胞活性的情况下，实现活细胞的成像，并进一步探究细胞膜的构成和功能。
2、病理分子成像多种疾病的病理过程常常受到一些分子的调控和参与，利用光学探针可以针对不同分子设计特定的成像策略，对疾病发生发展的机制进行探索。
例如，利用荧光染料对肿瘤细胞进行标记，可以更直观的观察肿瘤细胞在活体内的生长和转移过程，从而为肿瘤的早期诊断与治疗提供依据。
3、神经成像神经元在信息传递过程中，需要进行各种生物化学反应，这些反应往往涉及多种分子的参与，而光学探针可以实现对神经元各种分子水平的成像，例如突触前后的信号转导分子、神经元活动的电钙信号等，为神经科学研究提供了强有力的工具。
三、光学探针的发展趋势1、多种成像技术的整合结合多种成像技术，例如组织样本制备技术、激光扫描共焦显微镜等，可以实现更加精细的分子成像，深入研究生物、化学等领域中一些复杂的现象和问题。
2、智能响应功能的设计荧光染料可以设计出一些具有智能响应功能的特性，例如对特定分子的识别、区域选择等。
分子影像学进展
分子影像学进展引言分子影像学是一门研究分子层面的生物过程和疾病机制的学科。
通过应用各种影像技术，如放射性同位素示踪技术、荧光成像技术和磁共振成像技术，可以对生物体内的分子进行非侵入性的可视化和定量分析。
分子影像学的快速发展，为生物医学研究和临床诊断提供了重要的工具。
本文将介绍分子影像学的基本原理、常用技术和最新进展。
分子影像学的基本原理分子影像学的基本原理是利用特定的探针或示踪剂来标记感兴趣的分子，然后利用各种影像技术对标记的分子进行观察和分析。
这些探针或示踪剂可以是放射性同位素、荧光染料、超声造影剂或磁共振对比剂等。
通过标记分子，可以实现对其分布、代谢和功能等特性的研究。
常用的分子影像学技术1.放射性同位素示踪技术：放射性同位素示踪技术是一种利用放射性同位素标记分子的方法。
常用的放射性同位素有氟-18、碘-131和锝-99等。
该技术通过测量放射性同位素的衰减来确定分子在体内的分布和代谢情况。
2.荧光成像技术：荧光成像技术是利用荧光染料标记分子的方法。
荧光染料能够发出特定波长的荧光信号，通过捕获和分析荧光信号可以实现对分子的定量检测和定位观察。
3.磁共振成像技术：磁共振成像技术是一种利用磁场和无线电波对体内分子进行成像的方法。
该技术利用分子的核磁共振信号来生成影像，可以提供高空间分辨率和丰富的组织对比度。
分子影像学在生物医学研究中的应用分子影像学在生物医学研究中有着广泛的应用。
以下是几个重要的应用领域：1. 药物筛选和评价：分子影像学可以用于筛选和评价药物分子的活性和效果。
通过观察药物分子的分布和代谢情况，可以了解其在体内的作用机制和药效。
2. 疾病诊断和监测：分子影像学可以用于早期的疾病诊断和疾病进程的监测。
通过对疾病相关分子的观察和分析，可以实现对疾病的早期检测和个体化治疗方案的制定。
3. 生物学研究：分子影像学可以用于解析生物过程和疾病机制。
通过观察和分析分子的分布和功能，可以揭示生物体内的复杂分子网络和信号转导途径等。
分子影像学进展及其应用
・学科交叉・分子影像学进展及其应用王霄英△(北京大学第一医院医学影像科,北京大学前沿交叉学科研究院功能成像研究中心,北京 100034)[关键词]诊断显像;分子生物学;分子探针[中图分类号]R445 [文献标识码]A [文章编号]16712167X(2007)0520555202 生物学的研究一直都是生命科学研究的重点,与医学科学紧密相连。
上世纪50年代以前的生物学研究,主要是研究生物个体组织、器官、细胞或亚细胞结构之间的相互关系。
50年代中期,随着DNA分子双螺旋空间结构的发现,生物学才真正开始了其揭开分子水平生命秘密的研究历程。
到上世纪70年代,重组DNA技术的发展又给人们提供了研究DNA的强有力的手段,于是分子生物学就逐渐形成了。
分子生物学是研究生物大分子之间相互关系和作用的一门学科,以遗传学、生物化学、细胞生物学等学科为基础,从分子水平上对生物体的多种生命现象进行研究。
分子影像学(molecular i m aging)是随着分子生物学的发展而逐渐出现并发展起来的,影像技术最早是分子生物学的研究方法之一,随着技术手段的逐渐完备和多样化,形成了自身的科学规律,进而成为分子生物学的一个分支学科。
分子影像学的定义是用影像技术在活体内进行细胞和分子水平的生物过程的描述和测量。
与经典影像诊断学不同,分子影像学探测的是疾病的分子异常,而不是对由这些分子改变所造成的最终结果———大体病理改变进行成像。
分子影像学是一个正在发展中的研究领域,远未达到成熟,现阶段主要研究内容是发展和测试新的工具、试剂在活体中进行特殊分子路径的成像方法,尤其对疾病发展过程中起关键作用的分子进行成像。
本文从分子影像学成像设备、探针及应用方面对这一新兴学科给予简要综述。
1 分子影像学常用成像技术分子影像学成像必需借助成像设备,不同的成像设备敏感性、分辨率、组织特异性不同,可相互补充,常用的分子影像学设备如下:111 光学成像光学成像无射线辐射,对人体无害,可重复曝光。
多模式成像及多功能分子影像探针技术的研究进展
医学 影像 学技 术发 展 的主要 目标 是无 创性 获得
（ Ｌ Ｓ Ｏ） 和硅 酸钇一 镥（ Ｌ Ｙ ｓ Ｏ） 等［ ３ ］ 以及 更高 精度 的探 测器 ， 从 而提 高 了 Ｐ Ｅ Ｔ 的分 辨 率 。 目前 ， 最 先 进 的
Ｐ Ｅ Ｔ／ Ｃ Ｔ系统 包含 ６ ４层 Ｃ Ｔ探 测 器 以及基 于 Ｌ Ｓ Ｏ
ｌ 、 ＿ ； 、 ．
第 ４ ２卷 第 ４期 第 ４ ９ ７页 ～综 一 ． ◆ ２ ０ １ ３年 ８月
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华中科技大学学报（ 医学 版 ）
Ａｃ ｔ ａ Ｍｅ ｄ Ｕｎ ｉ ｖ Ｓ ｃ ｉ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ Ｈｕ ａ ｚ ｈｏ ｎ ｇ
闪烁 晶体 的 Ｐ Ｅ Ｔ探 测器 。对 于 Ｐ Ｅ Ｔ ／ Ｃ Ｔ 系统 融合
方面 的工作 主 要放在 通 过软件 降低 系统操 作 的复杂
性 以及提 升系 统 的可 靠性 ， 如 将数 据 的存 取 与 图像 重建 合并 到一 台工作 站 等＿ ４ ］ 。 Ｐ Ｅ Ｔ ／ Ｃ Ｔ具 有 非 常 广 泛 的 临 床 应 用 。在 肿 瘤 方面 ， Ｐ Ｅ Ｔ／ Ｃ Ｔ 已经 逐步 成 为 了 目前 最 重 要 的成 像 模式 ， 可 以进 行肿 瘤 的分期 、 治疗 计划 的确 定 以及 预 后 的判 断等 。它 对于肿 瘤 的分期 和再 分期 的准 确度 比单 独 的 Ｐ Ｅ Ｔ 系 统提 升 １ ． Ｏ ～１ ５ Ｌ ５ ］ 。在 放射 治 疗方面， Ｐ Ｅ Ｔ／ ｃ Ｔ也 可 弥补 传 统 放 射 治 疗 中 Ｃ Ｔ 对
Ｃ Ｔ扫描 时 间 已经缩 短 到 了 ０ ． ４ Ｓ以下 。Ｐ Ｅ Ｔ方 面
１ ９ ９ ９年 ， 通 过 将 低 剂 量 的单 层 Ｃ Ｔ与 Ｓ Ｐ Ｅ Ｃ Ｔ 结合起 来 ， Ｈｅ ａ ｌ ｔ ｈ ｃ ａ ｒ ｅ设 计 制 造 了 第 一 台 商 用 的
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分子影像研究中分子探针技术的进展键词:分子影像学分子探针分子医学的发展已经从根本上改变传统临床医学的检测、诊断和治疗的模式。
分子医学包括分子诊断、分子治疗和分子影像三个部分。
分子诊断是在体外以蛋白、RNA和DNA水平对疾病进行早期、特异性诊断，并对疾病治疗效果进行监测。
分子治疗是阻止疾病发生、发展的关键步骤，在分子水平上进行特异性阻断或抑制，以达到预防和治愈疾病的目的。
分子影像的诞生为疾病研究和诊断建立了一个全新的平台。
分子影像技术的关键核心是分子探针。
本文介绍分子影像探针技术的进展，希望我国分子影像工作者能够从分子影像学关键技术入手，加速我国分子影像技术的发展。
为了系统阐述分子探针的制备和进展，我们从分子影像学简介、分子探针原理和制备、分子探针制备中注意的问题和分子探针的进展四个部分进行介绍。
一分子影像学简介分子影像学包括临床前期分子影像研究和临床分子影像应用两个部分。
目前只有SPECT/CT、SPECT、PET、PET/CT、MRI(MRS)和分子荧光成像能够胜任临床分子影像工作。
分子影像和目前的医学影像相比具有高特异性、高灵敏度和高图像分辨率等特点，能够真正实现无创伤，以及分子水平的临床诊断。
并且提供以解剖结构为基础，以分子水平为基准的疾病发生和发展的信息，为临床对疾病诊断提供定位、定性、定量和对疾病分期的准确依据。
一般而言，如果能够在基因改变的早期检测到不良变化的发生，就可以做到疾病早期发现和早期诊断。
只有在分子水平认识疾病原因和变化，才能提出分子水平的治疗方案，达到疾病根治的效果。
图1提示医学影像发展的过程和趋势，可以看出分子影像是今后医学影像发展的主要方向。
1. 分子影像学基础分子影像是采用高特异的探针，无创地与体内细胞特定的分子靶位结合，以影像方式反映分子水平的变异信息。
由于分子影像是在功能蛋白质水平对疾病进行研究，所以分子影像的本质是将先进的影像技术与生物化学、分子生物学等技术紧密结合，完成分子水平成像。
分子影像具有高灵敏度和高特异性。
由于分子影像的目的是建立高灵敏和高特异的无创伤性影像学方法，所以它研究的重点包括以下几个方面：(1)探讨细胞和特异性代谢、酶、受体及基因表达。
目前临床广泛应用的CT、MRI及超声图像的特异性不能满足临床对特异性检测的要求，分子影像正好在这方面弥补了它们的不足。
(2)以分子影像学手段进行靶向治疗药物和基因治疗方法的研究。
(3)在分子病理学的基础上评价治疗效果和预后。
(4)建立分子水平上药物代谢的动力学模型。
(5)建立个性化治疗的平台。
分子影像技术不但可用于研究人体疾病发生和发展过程，同时被用于人体生理、生化的研究。
图2所示的是采用磁共振技术进行分子影像研究的示意图。
2. 分子影像学在基础研究和临床中应用分子影像技术在基础研究和临床诊断中具有以下特点：(1)在生物体上可以重复进行生理、病理生理和生物化学的研究分析，具有良好的可对比性。
特别是临床前期活体小动物研究，提供了在同一动物体上进行重复性研究的可能，并可通过精确定量分析获得准确的药代动力学模型，从而加速新药开发。
(2)在基因表达和基因治疗疗效研究领域，分子影像技术是目前公认的最佳方法之一。
尽管基因表达和基因治疗目前仍处于临床前期研究阶段，但是在研究基因技术对脑胶质瘤、干细胞对心肌缺血的治疗中，分子影像技术已显示了其独特的优势。
(3)在进行酶和受体研究过程中，分子影像技术的无创检测能力很受临床的欢迎。
分子影像技术已经成为临床前期研究的重要手段，由PET/CT、SPECT/CT和高场强MRI共同建立了新的临床分子影像平台。
分子影像在临床有广泛的应用前景，但是目前分子影像、特别是临床分子影像还刚刚起步。
临床应用最为广泛的是糖代谢显像、小分子显像、酶、受体和基因表达显像(图3)。
3. 分子影像研究设备在应用中的选择MRI除了能够进行弥散成像和MRS在代谢水平成像外，对酶、受体和基因表达的显像剂研究还处于临床前的研究阶段。
估计采用MRI进行临床酶、受体成像，还需要进行更多的临床实际应用研究。
由于SPECT/CT系统的灵敏度和分辨率均不够理想，使SPECT/CT 分子影像学应用受到一定限制。
对于PET/CT而言，代谢研究已经是非常成熟的临床检查项目。
分子影像设备各自的特点不同，CT、光成像、PET、常规核医学SPECT、MRI以及MRS成像设备的空间分辨率、时间分辨率和检测灵敏度，以及设备价格和使用成本等诸多方面存在差异，合理选用将有利于研究工作的开展(图4)。
表1分别显示CT、光成像、PET、常规核医学SPECT、MRI以及MRS成像设备空间、时间分辨率。
表中数据显示：MRI在空间和时间分辨率明显优于PET，光成像设备介于PET和MRI之间。
而光成像设备和CT 设备的成本要低于MRI和PET。
尽管MRI在分子水平探测灵敏度方面不如PET，但是与PET相比MRI技术相对简单，因此易于普及，加上最新采用的分子纳米技术优化了MRI探针制备，从而推动MRI分子影像学的发展。
光成像设备介于PET和MRI之间。
而光成像设备和CT设备的成本要低于MRI和PET。
PET设备具有更多的正电子放射性药物供临床及临床前期的研究，所以PET在分子影像的研究中发挥着重要的作用。
表2所示的是各种分子影像设备在临床前期研究中实际应用技术方法。
由于临床分子影像设备的探测器结构设计不断改进，使系统的分辨率和灵敏度得到较大提高。
以前猴、兔等中型动物活体试验必须使用动物PET、动物MRI等设备，现在都能在临床分子影像设备上完成。
目前在临床前期分子影像设备上主要进行裸鼠等小型动物模型的活体试验。
对于荧光成像，由于受深度响应限制，在使用中存在一定的局限性。
二分子影像研究中分子探针原理和制备分子影像中的关键技术是分子探针的制备和应用，只有开发满足研究或临床需求的，具有高灵敏度、高特异性的分子探针，才能从根本上推动分子影像的发展。
众所周知，分子影像设备的供应商不可能每年都推出新型的设备，也就是讲分子影像设备的发展是阶梯状，而分子影像中分子探针的开发和制备却是连续的。
所以，从另外一个角度来看分子影像中分子探针的研究比分子影像设备开发更重要。
对于PET、PET/CT和SPECT、SPECT/CT而言，探针就是放射性示踪剂。
与MRI和光分子成像探针相比，放射性示踪剂形式的探针制备比较简单，但是成本要高得多。
对于荧光素标记的荧光分子探针成本低、容易制备，可以在体外研究中使用。
与放射性示踪剂和荧光素标记分子探针相比较，基于MRI的顺磁性分子探针使用得要少得多。
1. 分子探针概念分子影像技术由于使用了分子探针技术，因此在成像方法和诊断效果上形成了与传统医学影像的本质区别。
有了分子探针和相关的影像设备后才能够完成分子成像。
分子探针(Molecular Probe)是一种特殊的分子，将该特殊分子引入体内(被称为分子探针)与组织、细胞特定的分子(被称为靶分子)特异性结合时产生可探测的信号，这些信号可以用PET、PET/CT、超高分辨率CT、MRI以及化学荧光或发光设备进行成像(图5)。
分子探针是分子影像成像的关键，分子影像技术对分子探针的要求主要有以下几点：(1)分子探针必须具有生物学兼容性，能够在人体内参与正常生理代谢。
同时分子探针必须以微量分子为标记物载体，从而不会对人体造成任何伤害。
(2)分子探针必须能够克服体内生理屏障。
人体内具有许多屏障，比如血脑屏障、血管壁、细胞膜等。
分子探针必须通过这些屏障才能和目标靶分子结合。
(3)分子探针要求与靶分子具有高灵敏度和特异性的结合。
分子生物学载体具有与目标靶分子高灵敏和高特异结合的特点，分子探针正是利用了这一特点达到分子影像示踪剂的要求，从而出色地胜任临床特异性诊断的任务。
常用的小分子探针有：与靶分子特异结合的受体、生物酶；单克隆抗体则归为大分子探针(图6)。
按照临床诊断或基础研究的需要，可以选用不同分子生物学载体设计符合分子影像学要求的探针，以完成特异性诊断或研究的任务。
2. 对从分子探针获得的生物信号进行放大PET、PET/CT和光成像在分子探针只需纳摩尔(Nanomolar)，甚至皮摩尔(Picomolar)浓度水平，就能够获得高质量图像。
受探测灵敏度限制，即使使用高浓度分子探针成像，MRI获得的信号也非常小，需要成像前在体内和体外增强信号以改善图像质量。
这种信号增强技术统称生物信号放大，对分子探针信号放大是分子影像设备设计中非常重要的部分。
表3所表示的是不同影像技术达到探测要求时的探针浓度水平。
从表中可以看出，对MRI分子影像技术而言，提高探测灵敏度是至关重要的。
最近几年，提高MRI检测灵敏度的技术和方法有了明显进展，使MRI在分子影像领域取得了令人瞩目的迈进。
MRI分子影像技术与PET(PET/CT)技术相比，具有简单、稳定和重复性好等优点，所以用MRI开展分子影像工作很受临床医生的欢迎。
正是由于PET(PET/CT)分子影像技术具有高灵敏度特点，只需微量分子探针就可获得理想的图像，非常适合受体和酶等作为探针，用这类探针进行放射性核素标记，使其具有示踪特性以获取分子影像。
3. 分子探针的制备随着标记技术的发展，特别是一些全自动化标记设备和药盒的商品化，使得分子探针的制备已日趋规范。
图7 为采用放射性核素、荧光染料、稳定放射性核素13C、顺磁性元素制备分子探针的示意图。
可以看出，分子探针由生物标志物和标记物两个部分组成。
无论哪种标记技术，它们采用的生物标志物部分是基本相同的，只是采用的标记染料、放射性核素、磁性物质不同而已。
探针是分子影像的基础和核心，分子影像若没有探针就像射击没有子弹一样。
从制备分子探针的角度看，分子影像应该是一门独立的综合性学科。
在分子探针制备中，首先需要考虑选择哪种标志物。
目前研究中和正在使用的标志物有：有机化合物、多肽类和抗体类。
从合成的难易程度比较，有机化合物最容易合成。
有机化合物合成的成本低，但是有机化合物与组织细胞靶结合的特异性最差。
抗体类与组织细胞靶位结合的特异性高，但是合成过程复杂，有时受检者存在过敏的问题。
以多肽类作为标志物具有最佳的性价比。
在确定探针的标志物后，我们就需要考虑选择哪种标记物的问题。
对于分子探针也存在着“金标准”，一般将碳(11C，13C)或氢(3H)标记物制备的分子探针作为“金标准”。
确立分子探针“金标准”后，可以采用荧光或放射性核素标记的探针作为替代的分子探针。
对于顺磁性标记的分子探针，由于其对标志物性能影响较大，同时顺磁性金属元素使用的量较大，对人体存在毒性，所以仅仅局限于体外或有限的临床前期研究中。
对于分子荧光和PET (PET/CT)，如果没有荧光物质和放射性核素标记示踪剂前体，就无法进行分子影像成像。