在生物有機體，鈣離子產(chǎn)生各種各樣的胞內(nèi)信號，這些胞內(nèi)信號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)胞死亡整個細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)等。在哺乳動物的神經(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)元活動的時候，胞內(nèi)鈣離子濃度能上升10-100倍，增加的鈣離子對于包含有神經(jīng)遞質(zhì)的突觸囊泡的胞吐釋放過程必不可少。也就是說神經(jīng)元的活動與其內(nèi)部的鈣離子濃度密切相關(guān)，神經(jīng)元在放電的時候會爆發(fā)出一個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)元活動之間的嚴(yán)格對應(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熒光強度表現(xiàn)出來，從而達(dá)到檢測神經(jīng)元活動的目的。鈣信號發(fā)揮著高度特異性的功能。美國光遺傳鈣成像

轉(zhuǎn)基因Ca2+指示劑：轉(zhuǎn)基因技術(shù)和光遺傳技術(shù)的飛速發(fā)展，催生了基因編碼的Ca2+指示劑（GECIs）。它們不依賴于熒光染料，可以靶向特定的組織，如神經(jīng)細(xì)胞、心肌細(xì)胞、T細(xì)胞等，并且可以避免熒光指示劑帶來的的許多問題，是監(jiān)測轉(zhuǎn)基因動物體內(nèi)鈣離子的一個極好的工具。個基因編碼的鈣離子指示劑Cameleon早在1997年就發(fā)表了。它是利用與鈣離子結(jié)合后發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，作為供體的CFP和作為受體的YFP之間產(chǎn)生FRET的原理。2000年，GCaMP誕生了。它是增強型綠色熒光蛋白（EGFP）和鈣調(diào)蛋白（結(jié)合鈣離子）、鈣調(diào)蛋白結(jié)合肽M13組成的，結(jié)合鈣離子后，鈣調(diào)素-M13相互作用引起GFP空間結(jié)構(gòu)變化，發(fā)出綠色熒光（圖5）。GCaMP的問世有著**性的意義，它改變了我們觀察神經(jīng)元群體活動的方式，讓科學(xué)家們可以在成千上萬的細(xì)胞中，看到哪些神經(jīng)元在放電，它們放電的模式和規(guī)律是怎樣的，從而進一步探索各種內(nèi)在的神經(jīng)機制。南京神經(jīng)元鈣成像生產(chǎn)廠家鈣離子能產(chǎn)生許多控制細(xì)胞功能的胞內(nèi)信號，如突觸囊泡中神經(jīng)遞質(zhì)的釋放等。

細(xì)胞內(nèi)鈣離子作為重要的信號分子其作用具有時間性和空間性。當(dāng)diyi個細(xì)胞興奮時，產(chǎn)生了一個電沖動，此時，細(xì)胞外的鈣離子流入該細(xì)胞內(nèi)，促使這個細(xì)胞分泌神經(jīng)遞質(zhì)，神經(jīng)遞質(zhì)與相鄰的下一級神經(jīng)細(xì)胞膜上的蛋白分子結(jié)合，促使這一級神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生新的電沖動。以此類推，神經(jīng)信號便一級一級地傳遞下去，從而構(gòu)成復(fù)雜的信號體系，*終形成了學(xué)習(xí)、記憶等大腦的高級功能。在哺乳動物神經(jīng)系統(tǒng)中，鈣離子同樣扮演著重要的信號分子的角色。

鈣離子在很多生理性的活動中都發(fā)揮著重要作用，除了在肌肉細(xì)胞收縮中扮演著重要角色，鈣離子也是神經(jīng)元活動的重要“風(fēng)向標(biāo)”之一：當(dāng)神經(jīng)元膜電位發(fā)生去極化，產(chǎn)生的動作電位傳導(dǎo)到神經(jīng)元軸突末梢時，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。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(xué)習(xí)記憶，社會性行為等各種各樣的研究中。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。

鈣成像的熒光指示劑鈣成像的熒光探針一般均為Ca2螯合劑EGTA，APTRA，BAPTA的衍生物，它們可以結(jié)合鈣離子從而顯示一個光譜響應(yīng)，使研究者可以用熒光顯微鏡來觀察細(xì)胞內(nèi)的自由鈣的濃度。熒光顯微鏡可以使用普通的倒置熒光顯微鏡來進行鈣信號的測定和成像。并可結(jié)合電生理設(shè)備、活細(xì)胞培養(yǎng)裝置等，適用于大強度、廣范圍的鈣信號測定。共聚焦顯微系統(tǒng)，共聚焦以激光為光源，且可配備氬離子光源，可以選擇可見光激發(fā)的鈣指示劑，進行層掃，相比普通熒光顯微鏡有更好的空間分辨率。并且共聚焦除了配備大視野掃描鏡更可配置共振掃描振鏡，以滿足更高速成像應(yīng)用的需求。雙光子顯微系統(tǒng)使用長波長來激發(fā)熒光指示劑，具有較低的細(xì)胞毒性，也可適用于紫外激發(fā)的鈣指示劑，且可獲得和單光子共聚焦系統(tǒng)類似的空間分辨率。小結(jié)綜上可見，在研究鈣信號時，可結(jié)合樣品自身特點來選擇相應(yīng)的鈣指示劑，并考慮既有的實驗設(shè)備，來確定具體的實驗方案。同時還需進一步摸索實驗數(shù)據(jù)的校正、控制等多種影響因素，可獲得可靠的圖像及熒光定量數(shù)據(jù)。鈣離子是哺乳動物神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的重要信使。超微顯微鈣成像聯(lián)系方式

傳統(tǒng)的鈣成像技術(shù)受限于顯微鏡的視野，只能對很小的一片區(qū)域進行記錄。美國光遺傳鈣成像

單光子顯微技術(shù)是*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(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(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。美國光遺傳鈣成像

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