隨著功能光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展,，神經(jīng)學(xué)家們已經(jīng)可以研究腦區(qū)和神經(jīng)元內(nèi)部的工作情況,。功能鈣成像技術(shù)就是其中之一,，它的主要原理是將外源性熒光信號(hào)和生理現(xiàn)象耦合起來——通過熒光染料信號(hào)的改變反映細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子濃度，通過這個(gè)變化來daibiao細(xì)胞的功能狀態(tài),。目前這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一群相關(guān)神經(jīng)元內(nèi)鈣離子的變化，從而判斷其功能活動(dòng),。該技術(shù)的出現(xiàn)使得科學(xué)家可以親眼目睹神經(jīng)信號(hào)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中時(shí)間和空間上的傳遞穿梭,。細(xì)胞內(nèi)鈣成像技術(shù)是通過向細(xì)胞內(nèi)載入鈣指示劑。北京光遺傳鈣成像

傳統(tǒng)的寬場(chǎng)熒光顯微鏡由于光散射的影響,，只能夠?qū)Υ竽X淺層的神經(jīng)元或在離體組織上進(jìn)行成像,，共聚焦顯微鏡由于光損傷較大,，一般也只用于離體鈣成像。隨著熒光顯微鏡技術(shù)的迅速發(fā)展,，在體鈣成像技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展,。雙光子熒光顯微鏡能夠在進(jìn)行在體成像的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)高分辨率和高信噪比。例如,，用雙光子顯微鏡對(duì)海馬樹突棘的鈣離子信號(hào)進(jìn)行成像,，研究神經(jīng)元突觸后長(zhǎng)時(shí)程降低(Wangetal.,2000)；觀察在體小鼠運(yùn)動(dòng)皮層神經(jīng)元在嗅覺選擇任務(wù)中刺激相關(guān)電位(Komiyamaetal.,2010)等等,。不過,，這些實(shí)驗(yàn)還是需要對(duì)動(dòng)物進(jìn)行麻醉和固定，而神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域很多研究更希望能夠?qū)ψ杂苫顒?dòng)的動(dòng)物進(jìn)行研究,。近年來出現(xiàn)了通過植入性的microscope或microlens進(jìn)行在體freelymoving動(dòng)物鈣成像的技術(shù),。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Inscopix顯微鏡成像,。動(dòng)物頭部只需植入GRINlens，方便活動(dòng),。北京光遺傳鈣成像通過鈣成像技術(shù)檢測(cè)活動(dòng)動(dòng)物記錄神經(jīng)元的活動(dòng),。

單光子顯微技術(shù)是較成熟的熒光顯微技術(shù)，但由于其使用的激發(fā)光波長(zhǎng)較短,，成像深度有限,；能量較大,會(huì)造成對(duì)熒光物質(zhì)的漂白,光毒性嚴(yán)重。激光共焦掃描顯微鏡由于共焦顯微鏡的孔徑很小,實(shí)現(xiàn)樣本三維成像要逐點(diǎn)掃描,成像速度慢,對(duì)樣本損害大,很難用于長(zhǎng)時(shí)間活細(xì)胞成像,。而寬場(chǎng)顯微鏡能夠很好地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像,光漂白小,因而較早應(yīng)用于活細(xì)胞內(nèi)的實(shí)時(shí)檢測(cè),，但寬場(chǎng)顯微鏡由于離焦信號(hào)的干擾,難以實(shí)現(xiàn)多維成像。雙光子熒光顯微鏡（Two-PhotonLaser-ScanningMicroscopy）,。雙光子顯微成像技術(shù)是近些年發(fā)展起來的結(jié)合了共聚焦激光掃描顯微鏡和雙光子激發(fā)技術(shù)的一種新型非線性光學(xué)成像方法,采用長(zhǎng)波激發(fā),，能對(duì)組織進(jìn)行深層次成像。常用的比較好激發(fā)波長(zhǎng)大多位于800-900nm,，而水,、血液和固有組織發(fā)色團(tuán)對(duì)這個(gè)波段的光吸收率低，此外散射的激發(fā)光子不能激發(fā)樣品,，因此背景第,，光損傷小，適用于在體檢測(cè),。雙光子熒光成像技術(shù)能準(zhǔn)確定位細(xì)胞內(nèi)置入的微電極位置,，從而觀察胞體、樹突甚至單個(gè)樹突棘的活性,。研究者可完整的觀察神經(jīng)組織的分辨熒光圖像,甚至可以分辨神經(jīng)細(xì)胞單個(gè)樹突棘中的鈣分布,。

鈣成像具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：1.非侵入性：鈣成像技術(shù)可以在活物細(xì)胞或組織中進(jìn)行觀察,，無需破壞細(xì)胞或組織的完整性，因此是一種非侵入性的技術(shù),。2.高時(shí)空分辨率：鈣成像技術(shù)可以實(shí)時(shí)觀察細(xì)胞內(nèi)鈣離子的動(dòng)態(tài)變化,，具有較高的時(shí)空分辨率?？梢圆蹲降解}離子濃度的瞬時(shí)變化,，揭示細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)的快速過程。3.多樣性：鈣成像技術(shù)可以使用不同的熒光探針或基因工程技術(shù),，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型的細(xì)胞或組織進(jìn)行鈣成像,。可以根據(jù)需要選擇適合的探針或方法,，擴(kuò)展應(yīng)用范圍,。4.可定量分析：通過鈣成像技術(shù)可以獲得熒光信號(hào)的強(qiáng)度，可以進(jìn)行定量分析,，了解鈣離子濃度的變化程度,。可以通過比較不同條件下的鈣成像結(jié)果,，研究因素對(duì)鈣離子信號(hào)的調(diào)控作用,。5.可應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域：鈣成像技術(shù)廣泛應(yīng)用于神經(jīng)科學(xué)、細(xì)胞生物學(xué),、藥理學(xué)等領(lǐng)域?？梢匝芯可窠?jīng)元活動(dòng),、細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、細(xì)胞凋亡等生物過程,，有助于揭示生物學(xué)機(jī)制和疾病發(fā)生及發(fā)展的過程,。綜上所述，鈣成像技術(shù)具有非侵入性,、高時(shí)空分辨率,、多樣性、可定量分析和廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域等優(yōu)勢(shì),，成為研究細(xì)胞內(nèi)鈣離子動(dòng)態(tài)變化的重要工具,。鈣成像顯微鏡由軟件控制的電子對(duì)焦方式，讓成像更加穩(wěn)定清晰,。

鈣離子在很多生理活動(dòng)中都發(fā)揮著重要作用,，除了在肌肉細(xì)胞收縮中扮演著重要的角色，鈣離子也是神經(jīng)元活動(dòng)的重要“風(fēng)向標(biāo)”之一：當(dāng)神經(jīng)元膜電位發(fā)生去極化,，產(chǎn)生的動(dòng)作電位傳導(dǎo)到神經(jīng)元軸突末梢時(shí),，細(xì)胞膜上的電壓門控鈣離子通道打開,，大量鈣離子內(nèi)流，包含神經(jīng)遞質(zhì)的囊泡由突觸前膜釋放至后膜,，下游神經(jīng)元就得以接受到上游的信號(hào),。因此，鈣離子成像可以追蹤神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢?，從而幫助我們了解神?jīng)元集群的活動(dòng),，可以用于感知覺，學(xué)習(xí)記憶,，社會(huì)性行為等各種各樣的研究中,。可以對(duì)深部腦區(qū),、皮層區(qū)域等大部分腦區(qū)進(jìn)行鈣成像使用鈣離子指示蛋白,。浙江熒光鈣成像供應(yīng)商

鈣成像技術(shù)（calcium imaging）是指利用鈣離子指示劑或指示監(jiān)測(cè)組織內(nèi)鈣離子濃度的方法。北京光遺傳鈣成像

細(xì)胞內(nèi)鈣離子作為重要的信號(hào)分子其作用具有時(shí)間性和空間性,。當(dāng)di1個(gè)細(xì)胞興奮時(shí),，產(chǎn)生了一個(gè)電沖動(dòng)，此時(shí),，細(xì)胞外的鈣離子流入該細(xì)胞內(nèi),，促使該細(xì)胞分泌神經(jīng)遞質(zhì)，神經(jīng)遞質(zhì)與相鄰的下一級(jí)神經(jīng)細(xì)胞膜上的蛋白分子結(jié)合,，促使這一級(jí)神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生新的電沖動(dòng),。以此類推，神經(jīng)信號(hào)便一級(jí)一級(jí)地傳遞下去,，從而構(gòu)成復(fù)雜的信號(hào)體系,，終形成學(xué)習(xí)、記憶等大腦的高級(jí)功能,。在哺乳動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)中,，鈣離子同樣扮演著重要的信號(hào)分子的角色。靜息狀態(tài)下大部分神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度約為50-100nM,，而細(xì)胞興奮時(shí)鈣離子濃度能瞬間上升10-100倍,，增加的鈣離子對(duì)于突觸囊泡胞吐釋放神經(jīng)遞質(zhì)的過程必不可少。眾所周知,，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熒光強(qiáng)度表現(xiàn)出來,，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,。北京光遺傳鈣成像