鈣離子成像系統(tǒng)：傳統(tǒng)的寬場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的迅速發(fā)展，在體鈣成像技術得到了蓬勃發(fā)展。雙光子熒光顯微鏡能夠在進行成像的時候?qū)崿F(xiàn)高分辨率和高信噪比。例如，用雙光子顯微鏡對海馬樹突棘的鈣離子信號進行成像，研究神經(jīng)元突觸后長時程控制(Wangetal.,2000)；觀察小鼠運動皮層神經(jīng)元在嗅覺選擇任務中刺激相關電位(Komiyamaetal.,2010)等等。不過，這些實驗還是需要對動物進行麻醉和固定，而神經(jīng)科學領域很多研究更希望能夠?qū)ψ杂苫顒拥膭游镞M行研究。近年來出現(xiàn)了通過植入性的microscope或microlens進行freelymoving動物鈣成像的技術。如圖6中所示的光纖成像法：使用一端帶有GRINlens的光纖連接顯微鏡和動物大腦，從特定腦區(qū)發(fā)出的熒光信號被光纖收集，然后通過相機成像。動物頭部只需植入GRINlens，方便活動，而且可以同時植入多個lens來觀察不同的腦區(qū)之間的聯(lián)系和相互作用。不過這種成像方法的視野較小，分辨率也比較差。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。北京inscopix鈣成像nVoke

鈣成像是一種用于觀察和研究細胞內(nèi)鈣離子濃度變化的技術。鈣離子在細胞內(nèi)起著重要的調(diào)節(jié)作用，參與細胞信號傳導、細胞凋亡、細胞分化等生物過程。鈣成像技術通過使用熒光探針或基因工程技術將熒光蛋白與鈣離子結(jié)合，使其能夠發(fā)出熒光信號。當細胞內(nèi)鈣離子濃度發(fā)生變化時，熒光信號的強度也會相應改變，從而可以通過顯微鏡觀察到鈣離子的動態(tài)變化。鈣成像技術廣泛應用于神經(jīng)科學、細胞生物學、藥理學等領域，有助于揭示鈣離子在生物過程中的作用機制。江蘇熒光鈣成像nVista3.0近年來出現(xiàn)了通過植入性的顯微鏡或透鏡進行活動動物鈣成像的技術。

鈣離子在很多生理活動中都發(fā)揮著重要作用，除了在肌肉細胞收縮中扮演著重要的角色，鈣離子也是神經(jīng)元活動的重要“風向標”之一：當神經(jīng)元膜電位發(fā)生去極化，產(chǎn)生的動作電位傳導到神經(jīng)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(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。因此，鈣離子成像可以追蹤神經(jīng)元動作電位，從而幫助我們了解神經(jīng)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。

利用鈣成像技術記錄大腦活動，隨著功能光學成像技術的發(fā)展，神經(jīng)學家們已經(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胞內(nèi)游離鈣離子濃度，以此細胞的功能狀態(tài)。目前它被廣泛應用于實時監(jiān)測一群相關神經(jīng)元內(nèi)鈣離子的變化，從而判斷其功能活動。該技術的出現(xiàn)使得科學家可以親眼目睹神經(jīng)信號在神經(jīng)網(wǎng)絡之中時間和空間上的傳遞穿梭。超微顯微鈣成像顯微鏡是研究活動動物神經(jīng)活動必要儀器。

單光子顯微技術是相對成熟的熒光顯微技術，但由于單光子顯微技術使用的激發(fā)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(zhì)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(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胞成像實驗。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,因而較早應用于活細胞內(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。對于鈣離子成像來說，大多數(shù)情況下速度很重要。上海inscopix鈣成像grain lens

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。北京inscopix鈣成像nVoke

對于成像和長時間成像，較重要的是要保證細胞的正常生長。熒光團受激發(fā)光光照后產(chǎn)生的氧化物質(zhì)與蛋白質(zhì)、核酸和脂肪等發(fā)生反應，熒光信號降低的同時（光致退色）也降低了細胞壽命（光線損傷）。在光照過程中氧化劑的產(chǎn)生,主要決定于熒光團的光化學性質(zhì)和光照劑量,因此減少光照劑量成為解決上述問題的途徑之一。光漂白（Photobleaching）指在光的照射下熒光物質(zhì)所激發(fā)出來的熒光強度隨著時間推移逐步減弱乃至消失的現(xiàn)象。熒光成像的質(zhì)量很大程度上依賴于熒光信號強度，提高激發(fā)光強度固然可以提高信號強度，但激發(fā)光的強度不是可以無限提高的，當激發(fā)光的強度超過一定限度時，光吸收就趨于飽和，并不可逆地破壞激發(fā)態(tài)分子，這就是光漂白現(xiàn)象。在顯微技術中，光漂白使得觀測變得很復雜，因為它會造成破壞，使螢光團無法繼續(xù)放光，從而干擾實驗結(jié)果。北京inscopix鈣成像nVoke