细胞内钙离子作为重要的信号分子其作用具有时间性和空间性。当个细胞兴奋时，产生了一个电冲动，此时，细胞外的钙离子流入该细胞内，促使该细胞分泌神经递质，神经递质与相邻的下一级神经细胞膜上的蛋白分子结合，促使这一级神经细胞产生新的电冲动。以此类推，神经信号便一级一级地传递下去，从而构成复杂的信号体系，较终形成学习、记忆等大脑的高级功能。在哺乳动物神经系统中，钙离子同样扮演着重要的信号分子的角色。静息状态下大部分神经元细胞内钙离子浓度约为50-100nM，而细胞兴奋时钙离子浓度能瞬间上升10-100倍，增加的钙离子对于突触囊泡胞吐释放神经递质的过程必不可少。众所周知，只有游离钙才具有生物学活性，而细胞质内钙离子浓度由钙离子的内外流平衡所决定，同时也受钙结合蛋白的影响。细胞外钙离子内流的方式有很多种，其中包括电压门控钙离子通道、离子型谷氨酰胺受体、烟碱型胆碱能受体（nAChR）和瞬时受体电位C型通道（TRPC）等。钙成像系统集成自动控制和精确计时的多模式输入端口。上海荧光钙成像
CaMPARI，一种能够兼顾全局和微观的新型钙成像技术，包含CaMPARI以及CaMPARI2（第二代）。其原理在于，CaMPARI蛋白在正常状态下会发出绿色荧光，而如果对这种蛋白同时使用高浓度钙离子与紫外光处理，它就会不可逆、长久地转变成另一种能发出红色荧光的构象，即实现将瞬间的神经元活动变成长久的红色荧光蛋白表达。研究人员通过转基因技术将这种新型蛋白导入到实验动物的神经系统中，然后用度的紫外光照射动物的大脑，通过检查荧光，找到发红色荧光的神经元，这些神经元即是在紫外光照射期间活跃的神经元。由于紫外光可以对着整个大脑进行照射，所以理论上，人们可以对全脑进行检查。重庆细胞钙离子钙成像nVista钙成像系统具有单细胞分辨率的大视野的特征。
转基因Ca2+指示剂：转基因技术和光遗传技术的飞速发展，催生了基因编码的Ca2+指示剂（GECIs）。它们不依赖于荧光染料，可以靶向特定的组织，如神经细胞、心肌细胞、T细胞等，并且可以避免荧光指示剂带来的的许多问题，是监测转基因动物体内钙离子的一个极好的工具。个基因编码的钙离子指示剂Cameleon早在1997年就发表了。它是利用与钙离子结合后发生结构变化，作为供体的CFP和作为受体的YFP之间产生FRET的原理。2000年，GCaMP诞生了。它是增强型绿色荧光蛋白（EGFP）和钙调蛋白（结合钙离子）、钙调蛋白结合肽M13组成的，结合钙离子后，钙调素-M13相互作用引起GFP空间结构变化，发出绿色荧光（图5）。GCaMP的问世有着**性的意义，它改变了我们观察神经元群体活动的方式，让科学家们可以在成千上万的细胞中，看到哪些神经元在放电，它们放电的模式和规律是怎样的，从而进一步探索各种内在的神经机制。
可见光激发Ca2+荧光探针与紫外光激发探针相比，可见光激发Ca2+探针具有更强的染料吸收性能，对Ca2+变化水平检测敏感度也更高，能够降低对活细胞的光毒性和样品自发荧光以及光散射的干扰，且无光谱偏移。常使用的可见光激发Ca2+荧光探针有Fluo-3，Fluo-4，Rhod-2等，同时他们也都是非比率型指示剂。Fluo-3是常用的可见光激发Ca2+荧光指示剂之一，是典型的的单波长指示剂，比较大激发波长为506nm，比较大发射波长为526nm。它与Ca2+结合之前几乎无荧光，结合后荧光会增加60至100倍，从而避免了细胞自身的荧光干扰。实际检测时推荐使用的激发波长为488nm左右，发射波长为525～530nm。Fluo-3可以用在激光共聚焦显微成像或流式细胞仪中。它还有一个升级版本Fluo-4，在相同Ca2+浓度下信号更强。钙成像技术被广泛应用于同时监测成百上千个神经元内钙离子的变化。
紫外光激发Ca2+荧光探针：Fura-2和Indo-1都是紫外光激发的双波长Ca2+荧光指示剂，也是目前较常用的比率型钙离子荧光探针。与其他代的荧光指示剂相比，它们的荧光信号更强，对Ca2+的选择性也更强。比率指示剂会在与Ca2+结合后会改变吸收/发射特性。以双波长激发指示剂Fura-2为例。如图2所示，低Ca2+浓度下，Fura-2在~380nm处激发，高Ca2+浓度下，在~340nm处激发。光谱由两个峰组成：左侧较短波长的吸收峰随Ca2+浓度的增加而增大，右侧较长波长的吸收峰随Ca2+浓度的增加而减小。通过340/380nm交替激发，获取在510nm处对应的发射光荧光强度的比率，就可以对Ca2+浓度进行定量的测量。因为Fura-2结果准确，且不易被漂白，所以得到了普遍使用。功能性多神经元钙成像是一种通过记录神经元内Ca2+信号变化,监测大量神经元动作电位的光学记录技术。美国动物神经元钙成像
近年来出现了通过植入性的显微镜或透镜进行活动动物钙成像的技术。上海荧光钙成像
可见光激发Ca2+荧光探针：与紫外光激发探针相比，可见光激发Ca2+探针具有更强的染料吸收性能，对Ca2+变化水平检测敏感度也更高，能够降低对活细胞的光毒性和样品自发荧光以及光散射的干扰，且无光谱偏移。较常使用的可见光激发Ca2+荧光探针有Fluo-3，Fluo-4，Rhod-2等，同时他们也都是非比率型指示剂。Fluo-3是较常用的可见光激发Ca2+荧光指示剂之一，是典型的的单波长指示剂，比较大激发波长为506nm，比较大发射波长为526nm。它与Ca2+结合之前几乎无荧光，结合后荧光会增加60至100倍，从而避免了细胞自身的荧光干扰。实际检测时推荐使用的激发波长为488nm左右，发射波长为525～530nm（图3）。Fluo-3可以用在激光共聚焦显微成像或流式细胞仪中。它还有一个升级版本Fluo-4，在相同Ca2+浓度下信号更强。上海荧光钙成像
