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在生物学和医学的研究中，氯化钙广泛应用于配制生物医学实验所需的缓冲液，比如在研究一种针对钾离子通道复合物的新型激活剂时加入CaCl2配制用于被分离的卵母细胞的ND96储备液；在研究鸟苷酰环化酶C对中脑多巴胺神经元的功能时采用CaCl2进行脑片制备实验；在研究细菌和古细菌中用于抵御氟毒性的氟核糖开关时以1mmol/L浓度的CaCl2进行串联标记实验等。
在将目的基因导入受体细胞过程中，可以使用氯化钙增加受体细胞膜的通透性，使得质粒更容易地导入，这个方法是由斯坦福大学的遗传学家斯坦利·诺曼·科恩在1972年研究大肠杆菌时发现的。
通过静脉注射10%氯化钙溶液可用于低钙血症的治疗，氯化钙也能用于治疗镁中毒。通过心电图测量发现注射氯化钙溶液可对抗心脏毒性。在由高钾血症引发血清钾浓度过高的情况下，氯化钙能起到保护心肌层、防止心律不齐的作用。氯化钙作为美国医院急救室的常备药物，可用于快速治疗钙离子通道阻滞剂中毒（这种中毒可由服用预防心脏病的药物地尔硫䓬产生的副作用引发）和由氢氟酸引起的中毒，但对黑寡妇蜘蛛叮咬引发的中毒无有效的作用。氯化钙溴化钠注射液在中国被国家食品药品监督管理局批准作为水电解质调节药使用。
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