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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(shù)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。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。北京inscopix鈣成像nVoke

鈣成像是一種用于觀察和研究細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度變化的技術(shù)。鈣離子在細(xì)胞內(nèi)起著重要的調(diào)節(jié)作用，參與細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞分化等生物過(guò)程。鈣成像技術(shù)通過(guò)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(hào)。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度發(fā)生變化時(shí)，熒光信號(hào)的強(qiáng)度也會(huì)相應(yīng)改變，從而可以通過(guò)顯微鏡觀察到鈣離子的動(dòng)態(tài)變化。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，有助于揭示鈣離子在生物過(guò)程中的作用機(jī)制。江蘇熒光鈣成像nVista3.0近年來(lái)出現(xiàn)了通過(guò)植入性的顯微鏡或透鏡進(jìn)行活動(dòng)動(dòng)物鈣成像的技術(shù)。

鈣離子在很多生理活動(dòng)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的角色，鈣離子也是神經(jīng)元活動(dòng)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(dòng)作電位傳導(dǎo)到神經(jīng)元軸突末梢時(shí)，細(xì)胞膜上的電壓門(mén)控鈣離子通道打開(kāi)，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(hào)。因此，鈣離子成像可以追蹤神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢?，從而幫助我們了解神?jīng)元集群的活動(dòng)，可以用于感知覺(jué)，學(xué)習(xí)記憶，社會(huì)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(dòng)，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。超微顯微鈣成像顯微鏡是研究活動(dòng)動(dòng)物神經(jīng)活動(dòng)必要儀器。

單光子顯微技術(shù)是相對(duì)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(zhǎng)較短，成像深度比較有限；能量比較大,會(huì)造成對(duì)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(shí)現(xiàn)樣本三維成像要逐點(diǎn)掃描,成像速度慢,對(duì)樣本損害大,很難用于長(zhǎng)時(shí)間活細(xì)胞成像實(shí)驗(yàn)。而寬場(chǎng)顯微鏡能夠很好地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像,光漂白小,因而較早應(yīng)用于活細(xì)胞內(nèi)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，但寬場(chǎng)顯微鏡由于離焦信號(hào)的干擾,難以實(shí)現(xiàn)多維成像。對(duì)于鈣離子成像來(lái)說(shuō)，大多數(shù)情況下速度很重要。上海inscopix鈣成像grain lens

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。北京inscopix鈣成像nVoke

對(duì)于成像和長(zhǎng)時(shí)間成像，較重要的是要保證細(xì)胞的正常生長(zhǎng)。熒光團(tuán)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(yīng)，熒光信號(hào)降低的同時(shí)（光致退色）也降低了細(xì)胞壽命（光線損傷）。在光照過(guò)程中氧化劑的產(chǎn)生,主要決定于熒光團(tuán)的光化學(xué)性質(zhì)和光照劑量,因此減少光照劑量成為解決上述問(wèn)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(lái)的熒光強(qiáng)度隨著時(shí)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(lài)于熒光信號(hào)強(qiáng)度，提高激發(fā)光強(qiáng)度固然可以提高信號(hào)強(qiáng)度，但激發(fā)光的強(qiáng)度不是可以無(wú)限提高的，當(dāng)激發(fā)光的強(qiáng)度超過(guò)一定限度時(shí)，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(cè)變得很復(fù)雜，因?yàn)樗鼤?huì)造成破壞，使螢光團(tuán)無(wú)法繼續(xù)放光，從而干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。北京inscopix鈣成像nVoke