在生物有機(jī)體，鈣離子產(chǎn)生各種各樣的胞內(nèi)信號(hào)，這些胞內(nèi)信號(hào)幾乎在每種類型的細(xì)胞中都存在，且在很多功能方面有重要作用，例如對(duì)心肌細(xì)胞收縮的控制和從細(xì)胞增殖到細(xì)胞死亡整個(gè)細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)等。在哺乳動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)中，鈣離子是一類重要的神經(jīng)元胞內(nèi)信號(hào)分子。在靜息狀態(tài)下，大部分神經(jīng)元的胞內(nèi)鈣離子濃度為50-100nM，而當(dāng)神經(jīng)元活動(dòng)的時(shí)候，胞內(nèi)鈣離子濃度能上升10-100倍，增加的鈣離子對(duì)于包含有神經(jīng)遞質(zhì)的突觸囊泡的胞吐釋放過(guò)程必不可少。也就是說(shuō)神經(jīng)元的活動(dòng)與其內(nèi)部的鈣離子濃度密切相關(guān)，神經(jīng)元在放電的時(shí)候會(huì)爆發(fā)出一個(gè)短暫的鈣離子濃度高峰。神經(jīng)元鈣成像（calciumimaging）技術(shù)的原理就是借助鈣離子濃度與神經(jīng)元活動(dòng)之間的嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用特殊的熒光染料或者蛋白質(zhì)熒光探針(鈣離子指示劑，calciumindicator)，將神經(jīng)元當(dāng)中的鈣離子濃度通過(guò)熒光強(qiáng)度表現(xiàn)出來(lái)，從而達(dá)到檢測(cè)神經(jīng)元活動(dòng)的目的。鈣離子能產(chǎn)生許多控制細(xì)胞功能的胞內(nèi)信號(hào)，如突觸囊泡中神經(jīng)遞質(zhì)的釋放等。美國(guó)神經(jīng)細(xì)胞鈣成像動(dòng)物行為學(xué)

大家都知道，只有游離鈣才具有生物學(xué)活性，而細(xì)胞質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度由鈣離子的內(nèi)外流平衡所決定，同時(shí)也受鈣結(jié)合蛋白的影響。細(xì)胞外鈣離子內(nèi)流的方式有很多種，其中包括電壓門控鈣離子通道、離子型谷氨酰胺受體、煙堿型膽堿能受體（nAChR）和瞬時(shí)受體電位C型通道（TRPC）等。神經(jīng)元鈣成像的原理就是利用特殊的熒光染料或鈣離子指示劑將神經(jīng)元中鈣離子濃度的變化通過(guò)熒光強(qiáng)度表現(xiàn)出來(lái)，以反映神經(jīng)元活性。該方法可以同時(shí)觀察多個(gè)功能或位置相關(guān)的腦細(xì)胞。浙江鈣成像參考價(jià)我們的鈣成像系統(tǒng)集成自動(dòng)控制和精確計(jì)時(shí)的多模式輸入端口。

多種鈣離子指示劑和鈣成像手段的存在使研究人員能夠根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行選擇。同樣，選擇合適的檢測(cè)設(shè)備也是至關(guān)重要的。對(duì)于使用CCD/sCMOS相機(jī)的成像系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有兩個(gè)要求是很基本的：采集速度：根據(jù)不同的應(yīng)用所需的相機(jī)幀速也不同，對(duì)于神經(jīng)細(xì)胞來(lái)說(shuō)，一般要求相機(jī)速度至少在10fps以上，有些高速應(yīng)用場(chǎng)景可能需要幾百甚至上千Hz的幀速。靈敏度：為了盡可能降低光漂白和其他副作用（特別是藍(lán)光激發(fā)時(shí)），需要降低激發(fā)光強(qiáng)度。因此相機(jī)要在較寬的發(fā)射光波長(zhǎng)范圍上具有高靈敏度，才能檢測(cè)到弱光條件下的信號(hào)，并適應(yīng)不同的染料的光譜發(fā)射特性。

想要對(duì)鈣離子的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行有效的檢測(cè)，鈣離子指示劑的選擇顯得尤為重要。鈣離子熒光指示劑在未結(jié)合鈣離子前幾乎無(wú)熒光，與鈣離子結(jié)合后，熒光強(qiáng)度xianzhu增強(qiáng)。利用這一原理，可以通過(guò)指示劑的信號(hào)強(qiáng)弱來(lái)觀察細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度水平的變化。根據(jù)激發(fā)光波長(zhǎng)范圍，鈣離子指示劑可以分為可見(jiàn)光激發(fā)和紫外光激發(fā)，而根據(jù)其工作原理又可以分為比率和非比率型。常見(jiàn)的鈣離子指示劑有以下幾種：紫外光激發(fā)Ca2+熒光探針、可見(jiàn)光激發(fā)Ca2+熒光探針、轉(zhuǎn)基因Ca2+指示劑。鈣成像相關(guān)儀器設(shè)備設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)一直在研究并提高系統(tǒng)成像幀速、系統(tǒng)信號(hào)水平。

近年來(lái)出現(xiàn)了通過(guò)植入性的microscope或microlens進(jìn)行freelymoving動(dòng)物鈣成像的技術(shù)。如光纖成像法：使用一端帶有GRINlens的光纖連接顯微鏡和動(dòng)物大腦，從特定腦區(qū)發(fā)出的熒光信號(hào)被光纖收集，然后通過(guò)相機(jī)成像。動(dòng)物頭部只需植入GRINlens，方便活動(dòng)，而且可以同時(shí)植入多個(gè)lens來(lái)觀察不同的腦區(qū)之間的聯(lián)系和相互作用。還有直接植入動(dòng)物大腦的微型熒光顯微鏡，將GRINlens直接植入皮層下的海馬，下丘腦，丘腦等區(qū)域，可以監(jiān)測(cè)深部腦區(qū)的神經(jīng)元活動(dòng)。這種微型顯微鏡的重量只有幾克，不會(huì)影響動(dòng)物自由活動(dòng)，可以提供800μm600μm視野和1.50μm橫向分辨率。利用特殊的熒光染料或鈣離子指示劑，將神經(jīng)元中鈣離子濃度的變化通過(guò)熒光強(qiáng)度表現(xiàn)出來(lái)。美國(guó)神經(jīng)細(xì)胞鈣成像nVoke2.0

鈣信號(hào)在大腦皮層中更能反映神經(jīng)元的活性,因此神經(jīng)元鈣信號(hào)的檢測(cè)對(duì)研究大腦皮層功能至關(guān)重要。美國(guó)神經(jīng)細(xì)胞鈣成像動(dòng)物行為學(xué)

包含鈣離子指示劑的細(xì)胞可以通過(guò)熒光顯微鏡(fluorescencemicroscope)觀測(cè)，然后通過(guò)CCD攝像機(jī)捕捉、記錄圖像?，F(xiàn)在鈣成像技術(shù)主要在以下幾類神經(jīng)科學(xué)研究方面有廣泛應(yīng)用：1.記錄培養(yǎng)的神經(jīng)元的活動(dòng)。2.記錄腦片上神經(jīng)元的活動(dòng)。記錄神經(jīng)元的活動(dòng)。由于離體實(shí)驗(yàn)本身的限制，現(xiàn)在越來(lái)越多的神經(jīng)方面科學(xué)家傾向于做在體鈣成像實(shí)驗(yàn)，希望能得到更準(zhǔn)確且更能反應(yīng)生理狀況的數(shù)據(jù)。得益于雙光子熒光顯微鏡的發(fā)展，現(xiàn)在在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物處于huoti狀態(tài)下的鈣成像技術(shù)取得了飛速進(jìn)展。4.記錄神經(jīng)元樹(shù)突和樹(shù)突棘（spine）的活動(dòng)。由于對(duì)于實(shí)驗(yàn)精度的要求，有些科學(xué)家不僅只想記錄單個(gè)神經(jīng)元的反應(yīng)，他們還想更確切地知道神經(jīng)元上哪些樹(shù)突和樹(shù)突棘參與了某個(gè)行為，也就是說(shuō)他們需要在huoti條件下，對(duì)單根樹(shù)突以及某些spine進(jìn)行鈣成像記錄實(shí)驗(yàn)。由于雙光子熒光顯微鏡和GCaMP6基因編碼鈣離子指示劑的發(fā)展，現(xiàn)在，對(duì)樹(shù)突和樹(shù)突棘用鈣成像實(shí)驗(yàn)進(jìn)行記錄也成為了可能。美國(guó)神經(jīng)細(xì)胞鈣成像動(dòng)物行為學(xué)