钙是人体内最重要的元素之一，参与一切生命活动过程，维系着细胞的生理功能。钙主要是以离子形式发挥作用，其作用方式类似于激素的第二信使，因此有人称之为“生物学信使”。血浆中的钙离子浓度虽然比细胞内高千倍以上，但比起骨骼和其他组织来说，还会很少的。但它存在于身体各部分，是调节体内钙浓度的重要因素之一。就是这些钙离子，通过平衡细胞内钙离子水平，在细胞中发挥着重要的作用。它维持了神经、肌肉、凝血机制，并在神经机制和激素的释放等生理功能方面发挥着重要作用，与细胞的受精等作用也有着密切关系。

Fluo-3, AM ester是一种可以穿透细胞膜的荧光染料。Fluo-3, AM ester 进入细胞后可以被细胞内源性酯酶剪切形成Fluo-3，从而被滞留在细胞内。Fluo-3可以和钙离子结合，结合钙离子后可以产生较强的荧光，最大激发波长为506 nm， 最大发射波长为526 nm。

Fluo-4 是一种将 Fluo-3 结构中的 Cl 替换成 F 的钙荧光探针。由于将 Cl 替换成了电子吸引力更强的F，它的最大激发波长会向短波长处偏离 10 nm 左右。这个波长更接近于氩激光器的波长，所以用氩激光器激发时，Fluo-4的荧光强度比 Fluo-3 强一倍。

Fluo-4, AM 穿透细胞膜进入细胞后被细胞内的酯酶剪切形成 Fluo-4，从而被滞留在细胞内，Fluo-4 以游离配体形式存在时几乎是非荧光性的，但是当它与细胞内钙离子结合后可以产生较强的荧光，最大激发波长为 494nm，最大发射波长为 516nm。可以使用激光共聚焦显微镜或流式细胞仪检测细胞内钙离子浓度的变化。

镁（Mg）是地球上最丰富的元素之一，是哺乳动物体内主要的细胞内阳离子之一。镁在350多种酶中发挥关键作用，主要作为能量依赖性活动中的Mg-ATP复合物。

镁（包括Mg-ATP）几乎涉及体内发生的每一个代谢过程，包括主动转运，如钠钾ATP酶泵和细胞信号传导，cAMP在蛋白质磷酸化等。镁参与RNA和DNA合成的多个步骤，它还在DNA、细胞膜和染色体中发挥结构作用。镁在许多参与蛋白质、碳水化合物和脂肪酸代谢的酶中起着关键作用，包括：氨基酸转氨酶、丙酮酸脱氢酶和Δ-6去饱和酶等等。镁是甲基化和硫氨基酸代谢中的关键辅助因子，因此参与谷胱甘肽和S-腺苷甲硫氨酸的生产。从维生素B1、B2、B3与泛酸中形成活性辅助因子也需要镁。

镁通常被认为是现代饮食中最为缺乏的元素之一。据估计，美国有40％的人口镁含量低到足以增加包括骨质疏松症在内的退行性疾病的风险。镁缺乏症涉及在美国主要死亡原因的发病机制。镁摄入量与儿童胰岛素敏感性的改善直接相关，且呈负相关。由于镁参与其他离子的主动运输，因此电解质的不平衡通常与镁缺乏有关。

低镁血症可能伪装成难治性低钾血症，在这种情况下，由于镁不足导致活性转运受损，导致细胞内钾水平降低和肾脏钾吸收减少。在这些情况下，镁缺乏通常表现为心血管和神经肌肉症状，包括心律失常、高血压和手足抽搐等。镁的抗高血压作用也可能与其参与将钙移出细胞，使平滑肌扩张有关。此外，镁能够结合钙调蛋白并调节钙信号转导。镁的毒性很罕见，通常来自医源性。

Mag-Fura-2 是解离常数为 1.9 mM的 UV-易感性镁离子荧光指示剂。与 Fura-2 相似，Mag-Fura-2 激发波长发生从 369 nm 到 330 nm 的蓝移。Mag-Fura-2 也可响应 Ca 2+ ，但解离常数低于 Fura-2 。Mag-Fura-2 主要用于检测高瞬态的钙峰值时的钙浓度。Mag-Fura-2/四钠盐可以通过显微注射细胞或划痕标记进入细胞。

氯离子作为人体内主要的阴离子，在维持细胞内外渗透压，酸碱平衡和水容量等多方面有重要的作用。

1、维持细胞外液的容量与渗透压。氯离子是细胞外液中含量最多的阴离子，与钠离子一起占维持渗透压总离子数的80％左右，调节细胞外液容量和维持渗透压。

2、维持体液酸碱平衡。人体维持体内酸碱平衡状态有赖于体内的离子缓冲系统的缓冲作用和神经内分泌系统的调节作用。在血浆中，碳酸盐和二氧化碳是最主要的缓冲对，起最主要作用，氯离子浓度变化时，细胞外液中的碳酸盐的浓度也随之变化。补充氯离子可以校正由疾病或利尿剂引起的代谢性碱中毒。

3、参与血液二氧化碳运输。氯转移是机体二氧化碳运输的一个重要环节。氯离子通过影响血浆中碳酸氢根的浓度，调节血液中二氧化碳输送至肺部排出体外。

4、其他作用。氯参与胃酸的形成，胃酸能激活胃蛋白酶原，促进维生素B12和铁的吸收，帮助消化食物；激活唾液淀粉酶分解食物中的淀粉；抑制随食物进入胃的微生物的生长；氯也可刺激肝功能，促使肝中有毒废物排出。

MQAE 是目前应用最广泛的新型氯离子荧光探针。与SPQ （一种典型的氯离子指示剂，Ksv= 118 M-1 ）相比，MQAE对氯离子更敏感（Ksv= 200 M-1），并且荧光量子产率也更高。MQAE 以溴离子为配对阴离子，最大激发波长约为 350 nm，最大发射波长约为460 nm。当氯离子浓度升高时，MQAE的荧光强度随着氯离子浓度的增加而成比例地减少。在氯离子浓度低于50 mM时，MQAE 的荧光强度几乎不受pH变化的影响。