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(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(guān)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(lǐng)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(shù)。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(shù)。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(shù)通過使用熒光探針或基因工程技術(shù)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(shù)廣泛應用于神經(jīng)科學、細胞生物學、藥理學等領(lǐng)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(shù)。

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(shù)記錄大腦活動，隨著功能光學成像技術(shù)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(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(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(shù)是相對成熟的熒光顯微技術(shù)，但由于單光子顯微技術(shù)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(shù)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