鈣成像具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：1.非侵入性：鈣成像技術(shù)可以在活物細(xì)胞或組織中進(jìn)行觀察，無(wú)需破壞細(xì)胞或組織的完整性，因此是一種非侵入性的技術(shù)。2.高時(shí)空分辨率：鈣成像技術(shù)可以實(shí)時(shí)觀察細(xì)胞內(nèi)鈣離子的動(dòng)態(tài)變化，具有較高的時(shí)空分辨率?？梢圆蹲降解}離子濃度的瞬時(shí)變化，揭示細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)的快速過(guò)程。3.多樣性：鈣成像技術(shù)可以使用不同的熒光探針或基因工程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型的細(xì)胞或組織進(jìn)行鈣成像?？梢愿鶕?jù)需要選擇適合的探針或方法，擴(kuò)展應(yīng)用范圍。4.可定量分析：通過(guò)鈣成像技術(shù)可以獲得熒光信號(hào)的強(qiáng)度，可以進(jìn)行定量分析，了解鈣離子濃度的變化程度。可以通過(guò)比較不同條件下的鈣成像結(jié)果，研究因素對(duì)鈣離子信號(hào)的調(diào)控作用。5.可應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域：鈣成像技術(shù)廣泛應(yīng)用于神經(jīng)科學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、藥理學(xué)等領(lǐng)域?？梢匝芯可窠?jīng)元活動(dòng)、細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、細(xì)胞凋亡等生物過(guò)程，有助于揭示生物學(xué)機(jī)制和疾病發(fā)生及發(fā)展的過(guò)程。綜上所述，鈣成像技術(shù)具有非侵入性、高時(shí)空分辨率、多樣性、可定量分析和廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域等優(yōu)勢(shì)，成為研究細(xì)胞內(nèi)鈣離子動(dòng)態(tài)變化的重要工具。鈣成像技術(shù)利用鈣離子流的優(yōu)勢(shì)在活神經(jīng)細(xì)胞上直接可視化鈣信號(hào)。哈爾濱細(xì)胞鈣離子鈣成像nVista
傳統(tǒng)的寬場(chǎng)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(jìn)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(jìn)行活動(dòng)動(dòng)物成像的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)高分辨率和高信噪比。例如，用雙光子顯微鏡對(duì)海馬樹突棘的鈣離子信號(hào)進(jìn)行成像，研究神經(jīng)元突觸后長(zhǎng)時(shí)程yizhi(Wangetal.,2000)；觀察活動(dòng)小鼠運(yùn)動(dòng)皮層神經(jīng)元在嗅覺(jué)選擇任務(wù)中刺激相關(guān)電位(Komiyamaetal.,2010)等等。不過(guò)，這些實(shí)驗(yàn)還是需要對(duì)動(dòng)物進(jìn)行麻醉和固定，而神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域很多研究更希望能夠?qū)ψ杂苫顒?dòng)的動(dòng)物進(jìn)行研究。合肥神經(jīng)元鈣成像nVista3.0清醒動(dòng)物腦功能鈣成像的微型顯微鏡的研究在不斷實(shí)踐中。
近年來(lái)出現(xiàn)了通過(guò)植入性的microscope或microlens進(jìn)行freelymoving動(dòng)物鈣成像的技術(shù)。如光纖成像法：使用一端帶有GRINlens的光纖連接顯微鏡和動(dòng)物大腦，從特定腦區(qū)發(fā)出的熒光信號(hào)被光纖收集，然后通過(guò)相機(jī)成像。動(dòng)物頭部只需植入GRINlens，方便活動(dòng)，而且可以同時(shí)植入多個(gè)lens來(lái)觀察不同的腦區(qū)之間的聯(lián)系和相互作用。還有直接植入動(dòng)物大腦的微型熒光顯微鏡，將GRINlens直接植入皮層下的海馬，下丘腦，丘腦等區(qū)域，可以監(jiān)測(cè)深部腦區(qū)的神經(jīng)元活動(dòng)。這種微型顯微鏡的重量只有幾克，不會(huì)影響動(dòng)物自由活動(dòng)，可以提供800μm600μm視野和1.50μm橫向分辨率。
鈣離子成像系統(tǒng)：傳統(tǒng)的寬場(chǎng)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(jìn)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(jìn)行成像的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)高分辨率和高信噪比。例如，用雙光子顯微鏡對(duì)海馬樹突棘的鈣離子信號(hào)進(jìn)行成像，研究神經(jīng)元突觸后長(zhǎng)時(shí)程控制(Wangetal.,2000)；觀察小鼠運(yùn)動(dòng)皮層神經(jīng)元在嗅覺(jué)選擇任務(wù)中刺激相關(guān)電位(Komiyamaetal.,2010)等等。不過(guò)，這些實(shí)驗(yàn)還是需要對(duì)動(dòng)物進(jìn)行麻醉和固定，而神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域很多研究更希望能夠?qū)ψ杂苫顒?dòng)的動(dòng)物進(jìn)行研究。近年來(lái)出現(xiàn)了通過(guò)植入性的microscope或microlens進(jìn)行freelymoving動(dòng)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(dòng)物大腦，從特定腦區(qū)發(fā)出的熒光信號(hào)被光纖收集，然后通過(guò)相機(jī)成像。動(dòng)物頭部只需植入GRINlens，方便活動(dòng)，而且可以同時(shí)植入多個(gè)lens來(lái)觀察不同的腦區(qū)之間的聯(lián)系和相互作用。不過(guò)這種成像方法的視野較小，分辨率也比較差。長(zhǎng)時(shí)間追蹤相同細(xì)胞，進(jìn)行可重復(fù)的科學(xué)研究對(duì)自由行為動(dòng)物進(jìn)行慢性鈣成像研究。
鈣成像技術(shù)是一種監(jiān)測(cè)組織內(nèi)鈣離子濃度的方法，通過(guò)使用鈣離子指示劑，科學(xué)家可以觀察神經(jīng)信號(hào)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的傳遞過(guò)程，并了解神經(jīng)元活動(dòng)與內(nèi)部鈣離子濃度的關(guān)系。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(dòng)的時(shí)候，胞內(nèi)鈣離子濃度能上升10-100倍，增加的鈣離子對(duì)于含有神經(jīng)遞質(zhì)的突觸囊泡的胞吐釋放過(guò)程必不可少。鈣成像是一種生物醫(yī)學(xué)技術(shù)，主要用于觀察和記錄細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的變化。鈣離子是細(xì)胞內(nèi)重要的信號(hào)分子，其濃度的改變可以影響細(xì)胞的生理功能和病理狀態(tài)。因此，鈣成像技術(shù)對(duì)于研究細(xì)胞生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、心血管醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要意義。鈣成像系統(tǒng)集成自動(dòng)控制和精確計(jì)時(shí)的多模式輸入端口。美國(guó)熒光鈣成像口碑好
鈣成像相關(guān)儀器設(shè)備設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)一直在研究并提高系統(tǒng)成像幀速、系統(tǒng)信號(hào)水平。哈爾濱細(xì)胞鈣離子鈣成像nVista
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。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(hào)和生理現(xiàn)象耦合起來(lái)——通過(guò)熒光染料信號(hào)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(dòng)。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(hào)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中時(shí)間和空間上的傳遞穿梭。哈爾濱細(xì)胞鈣離子鈣成像nVista
