在生物有機體，鈣離子產生各種各樣的胞內信號，這些胞內信號幾乎在每種類型的細胞中都存在，且在很多功能方面有重要作用，例如對心肌細胞收縮的控制和從細胞增殖到細胞死亡整個細胞周期的調節等。在哺乳動物的神經系統中，鈣離子是一類重要的神經元胞內信號分子。在靜息狀態下，大部分神經元的胞內鈣離子濃度為50-100nM，而當神經元活動的時候，胞內鈣離子濃度能上升10-100倍，增加的鈣離子對于包含有神經遞質的突觸囊泡的胞吐釋放過程必不可少。也就是說神經元的活動與其內部的鈣離子濃度密切相關，神經元在放電的時候會爆發出一個短暫的鈣離子濃度高峰。神經元鈣成像（calciumimaging）技術的原理就是借助鈣離子濃度與神經元活動之間的嚴格對應關系，利用特殊的熒光染料或者蛋白質熒光探針(鈣離子指示劑，calciumindicator)，將神經元當中的鈣離子濃度通過熒光強度表現出來，從而達到檢測神經元活動的目的。鈣信號發揮著高度特異性的功能。美國光遺傳鈣成像

轉基因Ca2+指示劑：轉基因技術和光遺傳技術的飛速發展，催生了基因編碼的Ca2+指示劑（GECIs）。它們不依賴于熒光染料，可以靶向特定的組織，如神經細胞、心肌細胞、T細胞等，并且可以避免熒光指示劑帶來的的許多問題，是監測轉基因動物體內鈣離子的一個極好的工具。個基因編碼的鈣離子指示劑Cameleon早在1997年就發表了。它是利用與鈣離子結合后發生結構變化，作為供體的CFP和作為受體的YFP之間產生FRET的原理。2000年，GCaMP誕生了。它是增強型綠色熒光蛋白（EGFP）和鈣調蛋白（結合鈣離子）、鈣調蛋白結合肽M13組成的，結合鈣離子后，鈣調素-M13相互作用引起GFP空間結構變化，發出綠色熒光（圖5）。GCaMP的問世有著**性的意義，它改變了我們觀察神經元群體活動的方式，讓科學家們可以在成千上萬的細胞中，看到哪些神經元在放電，它們放電的模式和規律是怎樣的，從而進一步探索各種內在的神經機制。南京神經元鈣成像生產廠家鈣離子能產生許多控制細胞功能的胞內信號，如突觸囊泡中神經遞質的釋放等。

細胞內鈣離子作為重要的信號分子其作用具有時間性和空間性。當diyi個細胞興奮時，產生了一個電沖動，此時，細胞外的鈣離子流入該細胞內，促使這個細胞分泌神經遞質，神經遞質與相鄰的下一級神經細胞膜上的蛋白分子結合，促使這一級神經細胞產生新的電沖動。以此類推，神經信號便一級一級地傳遞下去，從而構成復雜的信號體系，*終形成了學習、記憶等大腦的高級功能。在哺乳動物神經系統中，鈣離子同樣扮演著重要的信號分子的角色。

鈣離子在很多生理性的活動中都發揮著重要作用，除了在肌肉細胞收縮中扮演著重要角色，鈣離子也是神經元活動的重要“風向標”之一：當神經元膜電位發生去極化，產生的動作電位傳導到神經元軸突末梢時，細胞膜上的電壓門控鈣離子通道打開，大量鈣離子內流，包含神經遞質的囊泡由突觸前膜釋放至后膜，下游神經元就得以接受到上游的信號。因此，鈣離子成像可以追蹤神經元動作電位，從而幫助我們了解神經元集群的活動，可以用于感知覺，學習記憶，社會性行為等各種各樣的研究中。清醒動物腦功能鈣成像的微型顯微鏡的研究在不斷實踐中。

鈣成像的熒光指示劑鈣成像的熒光探針一般均為Ca2螯合劑EGTA，APTRA，BAPTA的衍生物，它們可以結合鈣離子從而顯示一個光譜響應，使研究者可以用熒光顯微鏡來觀察細胞內的自由鈣的濃度。熒光顯微鏡可以使用普通的倒置熒光顯微鏡來進行鈣信號的測定和成像。并可結合電生理設備、活細胞培養裝置等，適用于大強度、廣范圍的鈣信號測定。共聚焦顯微系統，共聚焦以激光為光源，且可配備氬離子光源，可以選擇可見光激發的鈣指示劑，進行層掃，相比普通熒光顯微鏡有更好的空間分辨率。并且共聚焦除了配備大視野掃描鏡更可配置共振掃描振鏡，以滿足更高速成像應用的需求。雙光子顯微系統使用長波長來激發熒光指示劑，具有較低的細胞毒性，也可適用于紫外激發的鈣指示劑，且可獲得和單光子共聚焦系統類似的空間分辨率。小結綜上可見，在研究鈣信號時，可結合樣品自身特點來選擇相應的鈣指示劑，并考慮既有的實驗設備，來確定具體的實驗方案。同時還需進一步摸索實驗數據的校正、控制等多種影響因素，可獲得可靠的圖像及熒光定量數據。鈣離子是哺乳動物神經細胞內的重要信使。超微顯微鈣成像聯系方式

傳統的鈣成像技術受限于顯微鏡的視野，只能對很小的一片區域進行記錄。美國光遺傳鈣成像

單光子顯微技術是*成熟的熒光顯微技術，但由于單光子顯微技術使用的激發光波長較短，成像深度比較有限；能量比較大,會造成對熒光物質的漂白,光毒性嚴重。激光共焦掃描顯微鏡由于共焦顯微鏡的孔徑很小,實現樣本三維成像要逐點掃描,成像速度慢,對樣本損害大,很難用于長時間活細胞成像實驗。而寬場顯微鏡能夠很好地實現實時動態成像,光漂白小,因而較早應用于活細胞內的實時檢測，但寬場顯微鏡由于離焦信號的干擾,難以實現多維成像。美國光遺傳鈣成像

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