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。神經(jīng)方面科學迫切需要一種能夠兼顧全局和微觀的新型鈣成像技術(shù)。美國動物神經(jīng)元鈣成像inscopix

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胞中都存在，且在很多功能方面有重要作用，例如對心肌細胞收縮的控制和從細胞增殖到細胞死亡整個細胞周期的調(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)元活動之間的嚴格對應關(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)元當中的鈣離子濃度通過熒光強度表現(xiàn)出來，從而達到檢測神經(jīng)元活動的目的。細胞鈣離子鈣成像聯(lián)系方式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。

神經(jīng)元鈣成像技術(shù)離不開鈣離子指示劑的應用，不同類型的指示劑各有其獨特的功能。那么這些指示劑是如何負載細胞的呢？目前有三種在神經(jīng)元上填充鈣離子指示劑的方法，且都可以用于體內(nèi)和體外研究。第一種方法是利用玻璃吸管將膜滲透性鹽或葡聚糖形式的指示劑注入單個神經(jīng)元中。此方法方便實驗者控制單個神經(jīng)元內(nèi)的鈣離子指示劑濃度且信噪比較高。第二種是利用“批量加載”的方法將鈣離子指示劑染料負載神經(jīng)元，觀察對象為一群神經(jīng)元。盡管此方法可能導致一些膠質(zhì)細胞也被指示劑所標記，但提高了整體神經(jīng)元的標記百分比，使研究者得以觀察到一群神經(jīng)元內(nèi)動作電位相關(guān)性的活動。第三種也較為常用，通過病毒轉(zhuǎn)染的方式使其基因編碼鈣離子指示劑。

可見光激發(fā)Ca2+熒光探針與紫外光激發(fā)探針相比，可見光激發(fā)Ca2+探針具有更強的染料吸收性能，對Ca2+變化水平檢測敏感度也更高，能夠降低對活細胞的光毒性和樣品自發(fā)熒光以及光散射的干擾，且無光譜偏移。常使用的可見光激發(fā)Ca2+熒光探針有Fluo-3，F(xiàn)luo-4，Rhod-2等，同時他們也都是非比率型指示劑。Fluo-3是常用的可見光激發(fā)Ca2+熒光指示劑之一，是典型的的單波長指示劑，比較大激發(fā)波長為506nm，比較大發(fā)射波長為526nm。它與Ca2+結(jié)合之前幾乎無熒光，結(jié)合后熒光會增加60至100倍，從而避免了細胞自身的熒光干擾。實際檢測時推薦使用的激發(fā)波長為488nm左右，發(fā)射波長為525～530nm。Fluo-3可以用在激光共聚焦顯微成像或流式細胞儀中。它還有一個升級版本Fluo-4，在相同Ca2+濃度下信號更強。長時間追蹤相同細胞，進行可重復的科學研究對自由行為動物進行慢性鈣成像研究。

麻省理工學院和波士頓大學的研究人員近研究使用一種熒光探針，能夠在大腦細胞處于電活動狀態(tài)時點亮，可以立即對小鼠大腦中多個神經(jīng)元的活動進行成像。麻省理工學院的腦科學和認知科學神經(jīng)技術(shù)教授、兼生物工程學教授EdwardBoyden表示，只需要使用簡單的光學顯微鏡，即可實現(xiàn)這項技術(shù)。神經(jīng)科學家可以將大腦內(nèi)電路的活動進行可視化，并將其與特定行為聯(lián)系起來?！叭绻胙芯恳环N行為或疾病，就需要對神經(jīng)元群體的活動進行成像，讓這些神經(jīng)元群網(wǎng)絡(luò)中協(xié)同工作?！盉oyden說。進行鈣測定必須借助外界的某種可視化物質(zhì)作為它的標志物。合肥神經(jīng)細胞鈣成像nVista

鈣成像系統(tǒng)具有單細胞分辨率的大視野的特征。美國動物神經(jīng)元鈣成像inscopix

目前可用的指示劑較多，根據(jù)熒光光譜、與鈣離子親和力及其化學特性的不同大致分為化學性鈣離子指示劑和基因編碼鈣離子指示劑。前者指可特異性與鈣離子結(jié)合的小分子，常用的有fura-2、indo-1等；而后者主要指來源于綠色熒光蛋白GFP及其變異體的蛋白質(zhì)，可與鈣調(diào)蛋白和肌球蛋白輕鏈激酶M13域結(jié)合，常用的有GCaMP、TN-XXL等，其中GCaMP5G和GCaMP6被廣泛應用于在體鈣成像研究中。生物熒光蛋白：Aequorin是水母熒光素（coelenterazine）通過硫酸酯鍵或過氧化鍵緊緊連到脫輔水母發(fā)光蛋白上形成的，遇到鈣離子就發(fā)出470nm藍光，可以作為鈣離子的檢測試劑；化學鈣離子指示劑：Fura-2可在紫外光下被jihuo且發(fā)射出505-520nm光；基于FRET的基因編碼的鈣指示劑；單個熒光基因編碼的鈣指示劑。美國動物神經(jīng)元鈣成像inscopix