膜電位通常是指以膜相隔的兩種溶液之間產(chǎn)生的電位差，一般情況下是指細胞生命活動過程中伴隨的電現(xiàn)象，是存在于細胞膜另外兩側(cè)的電位差。一般膜電位分為靜息狀態(tài)和興奮狀態(tài)兩種。靜息狀態(tài)時，主要是由于細胞膜內(nèi)的鉀離子擴散到膜外從而形成內(nèi)負外正的靜息電位。興奮狀態(tài)時，細胞膜對鈉離子的通透性加強，是膜外的鈉離子向膜內(nèi)擴散，從而形成內(nèi)正外負的動作電位。

TMRM（四甲基羅丹明甲酯）/TMRE （四甲基羅丹明乙酯）是一種陽離子細胞滲透型熒光染料，易與活躍的線粒體螯合，是可用能斯特方程定量測量膜電位的優(yōu)選染料。染料不會在細胞膜中形成聚集體，并且與膜蛋白具有最小的相互作用。因此，根據(jù)能斯特方程，染料的跨膜分布與膜電位直接相關。

Di-4-ANEPPDHQ 是一種能夠快速反應膜電位變化的染料。本身不具備熒光活性，只有和細胞膜結合后才會發(fā)出熒光。它可以足夠快地檢測瞬態(tài)（毫秒）可興奮細胞的膜電位變化。在各種組織、細胞、以及細胞膜模型中，Di-4-ANEPPDHQ 的熒光變化幅度較為均一，每 100 mV 的變化通常顯示 10 %的熒光改變。

Di-8-ANEPES 屬于 ANEP 染料家族，它們的光學反應能夠快速檢測細胞中瞬時跨膜電位的改變，可以證明膜電勢依賴激發(fā)光譜的轉(zhuǎn)換。這種特性可以通過激發(fā)率的改變檢測膜電勢的改變。ANEP 染料在水溶液環(huán)境中具有微弱的熒光，在脂質(zhì)環(huán)境中可以轉(zhuǎn)變?yōu)閺娏业臒晒猓ɡ缂毎ぃ？焖俜磻结樀牟僮魍ㄟ^改變電子結構從而產(chǎn)生它們的熒光屬性以適應周圍電場的改變。它們的光學反應能夠快速檢測可興奮細胞，例如單神經(jīng)元、心肌細胞和完整大腦中毫秒跨膜電位的改變。

由于它的磺化基團，Di-8-ANEPPS 比其他 ANEPP 染料更少受細胞內(nèi)化的影響，且具有更強的親脂性，因此更適合于長期膜電位研究。此外，Di-8-ANEPPS 比 Di-4-ANEPPS 具有更高的光穩(wěn)定性和更低的光敏性。

苯乙烯基染料 RH237 是一種快速反應電位探針，主要用于神經(jīng)元的功能成像，還用于監(jiān)測細胞膜電位，突觸活動和神經(jīng)元離子通道活性。苯乙烯基染料通常的吸收或激發(fā)光譜藍移為 20 nm，發(fā)射光譜藍移為 80 nm。

RH421 是一種快速響應的膜電位染料，廣泛地用于神經(jīng)元跨膜電位、突觸活動和離子通道活動的檢測。在神經(jīng)母細胞瘤模型中，對于每 100 mV 電壓的變化，它展示出了大于 20%的熒光改變。

DiBAC4(3) 是一種慢響應膜電位探針，它進入到去極化的細胞，和細胞內(nèi)的蛋白或膜結合，發(fā)出很強的熒光。細胞去極化導致染料內(nèi)流，熒光增強；相反，細胞超極化則熒光減弱。

DiOC2(3) (碘化物)是一種廣泛應用的膜電位探針。如用于線粒體膜電位的研究,DiOC2(3)能夠穿透真核細胞的細胞質(zhì)，在濃度低于 100 nM 時，染料在具有活躍膜電位的線粒體中積累，形成紅色熒光聚集體，當使用破壞線粒體膜電位的（如 CCCP）處理細胞時，DiOC2(3)染色強度降低。DiOC2(3)染色的細胞可以通過流式細胞儀的藍色激發(fā)，綠色和紅色發(fā)射可視化。該試劑可與其他試劑搭配使用，例如紅色激發(fā)的 Annexin V–APC，用于活力和凋亡的研究。

碳菁染料 DiOC5(3) 被廣泛用于膜電位的測量。

DiOC6(3) 是一種細胞滲透性綠色熒光親脂染料，也是一種被廣泛應用的膜電位染料。在低濃度時，DiOC6(3) 對活細胞內(nèi)的線粒體染色具有選擇性；在高濃度時，該染料可以在活細胞或固定的細胞中染色其他細胞器內(nèi)膜，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等。此外，DiOC6(3) 也被用來研究神經(jīng)元或酵母中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結構的相互作用和動力學。