鈣成像技術(shù)通常使用熒光染料或報告基因來標(biāo)記細(xì)胞中的鈣離子。當(dāng)細(xì)胞受到外界刺激時，鈣離子會進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，導(dǎo)致熒光染料或報告基因發(fā)出光信號。通過觀察光信號的強(qiáng)度和分布，可以推斷出鈣離子的濃度和分布情況。鈣成像技術(shù)具有以下優(yōu)點：高靈敏度：可以檢測到細(xì)胞內(nèi)微小的鈣離子濃度變化。實時性：可以實時記錄鈣離子濃度的變化過程。空間分辨率高：可以清晰地觀察到鈣離子在細(xì)胞內(nèi)的分布情況。無創(chuàng)性：可以通過huo體成像技術(shù)觀察動物體內(nèi)的鈣離子變化情況?？芍貜?fù)性：可以對同一群體細(xì)胞進(jìn)行多次成像，以評估不同處理或刺激的影響。總之，鈣成像技術(shù)是一種強(qiáng)大的生物醫(yī)學(xué)研究工具，可以幫助科學(xué)家們更好地了解細(xì)胞生理和病理狀態(tài)，為疾病診斷和zhi療提供有力支持。神經(jīng)方面科學(xué)迫切需要一種能夠兼顧全局和微觀的新型鈣成像技術(shù)。合肥熒光鈣成像nVoke2.0

在神經(jīng)系統(tǒng)研究中，我們常使用鈣指示劑表征鈣離子濃度變化，以反映神經(jīng)元的活動。常見的鈣成像方法有雙光子熒光成像和單光子熒光成像兩種，其中后者是研究腦神經(jīng)活動的常用方法。但與雙光子成像相比，單光子成像更易受到來自神經(jīng)元的高水平串?dāng)_，導(dǎo)致信噪比降低。不僅如此，采集活動信號時還易被來自近距離通過的軸突和樹突的信號所污染，造成的非特異性信號，這些均嚴(yán)重影響對神經(jīng)元活動反應(yīng)的精細(xì)成像。因而，在單光子熒光成像的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊在細(xì)胞核中表達(dá)遺傳編碼的鈣指示劑，從而消除神經(jīng)纖維信號。但與經(jīng)典的胞質(zhì)鈣成像相比，鈣進(jìn)入細(xì)胞核的要求降低了這種成像的時間精度。上海超微顯微鈣成像哪里有長時間追蹤相同細(xì)胞，進(jìn)行可重復(fù)的科學(xué)研究對自由行為動物進(jìn)行慢性鈣成像研究。

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，其主要原理是將外源性熒光信號和生理現(xiàn)象耦合起來——通過熒光染料信號的改變反映細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子濃度，以此表示細(xì)胞的功能狀態(tài)。目前它被廣泛應(yīng)用于實時監(jiān)測一群相關(guān)神經(jīng)元內(nèi)鈣離子的變化，從而判斷其功能活動。該技術(shù)的出現(xiàn)使得科學(xué)家可以親眼目睹神經(jīng)信號在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中時間和空間上的傳遞穿梭。功能光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展使研究腦區(qū)和神經(jīng)元的內(nèi)部工作成為可能。

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)光波長較短，成像深度有限；能量較大,會造成對熒光物質(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,實現(xiàn)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(xì)胞成像。而寬場顯微鏡能夠很好地實現(xiàn)實時動態(tài)成像,光漂白小,因而較早應(yīng)用于活細(xì)胞內(nèi)的實時檢測，但寬場顯微鏡由于離焦信號的干擾,難以實現(xiàn)多維成像。Derrick想重點介紹一下較為常用的觀察設(shè)備——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,采用長波激發(fā)，能對組織進(jìn)行深層次成像。常用的比較好激發(fā)波長大多位于800-900nm，而水、血液和固有組織發(fā)色團(tuán)對這個波段的光吸收率低，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。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)胞單個樹突棘中的鈣分布。我們的鈣成像系統(tǒng)集成自動控制和精確計時的多模式輸入端口。

通過篩選天然與人工合成的融合體，在小鼠與斑馬魚幼蟲身上成功得到以為靶點的致密神經(jīng)回路報告，報告顯示來自神經(jīng)纖維的偽信號明顯減少，信噪比增加，神經(jīng)元之間的偽影相關(guān)性降低。這些結(jié)果均說明GCaMP6f和GCaMP7f的細(xì)胞體靶向變體（Soma-GCaMP6f，Soma-GCaMP7f）對提高單光子熒光成像技術(shù)的精細(xì)性起到著重要作用。這種胞體靶向突變體對提高神經(jīng)信號標(biāo)記的精細(xì)性是否具有組織特異性或物種特異性呢？研究團(tuán)隊針對這一問題，分別在小鼠不同腦區(qū)以及斑馬魚幼魚的整胚轉(zhuǎn)染和斑馬魚不同發(fā)育時期的信號采集等方面進(jìn)行研究。鈣成像技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得人們對神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域有了進(jìn)一步的拓展。江蘇熒光鈣成像grain lens

傳統(tǒng)鈣成像實驗要求成像的光路極為穩(wěn)定。合肥熒光鈣成像nVoke2.0

紫外光激發(fā)Ca2+熒光探針：Fura-2和Indo-1都是紫外光激發(fā)的雙波長Ca2+熒光指示劑，也是目前較常用的比率型鈣離子熒光探針。與其他代的熒光指示劑相比，它們的熒光信號更強(qiáng)，對Ca2+的選擇性也更強(qiáng)。比率指示劑會在與Ca2+結(jié)合后會改變吸收/發(fā)射特性。以雙波長激發(fā)指示劑Fura-2為例。如圖2所示，低Ca2+濃度下，F(xiàn)ura-2在~380nm處激發(fā)，高Ca2+濃度下，在~340nm處激發(fā)。光譜由兩個峰組成：左側(cè)較短波長的吸收峰隨Ca2+濃度的增加而增大，右側(cè)較長波長的吸收峰隨Ca2+濃度的增加而減小。通過340/380nm交替激發(fā)，獲取在510nm處對應(yīng)的發(fā)射光熒光強(qiáng)度的比率，就可以對Ca2+濃度進(jìn)行定量的測量。因為Fura-2結(jié)果準(zhǔn)確，且不易被漂白，所以得到了普遍使用。合肥熒光鈣成像nVoke2.0