多光子顯微鏡成像深度深、對比度高，在生物成像中具有重要意義，但通常需要較高的功率。結合時間傳播的超短脈沖可以實現超快的掃描速度和較深的成像深度，但近紅外波段的光本身會導致分辨率較低。基于多光子上轉換材料和時間編碼結構光顯微鏡的高速超分辨成像系統(MUTE-SIM)是由清華大學教授和北京大學彭研究員合作開發的。可實現50MHz的超高掃描速度，突破衍射極限，實現超分辨率成像。與普通熒光顯微鏡相比，該顯微鏡經過改進，只需要較低的激發功率。這種超快、低功耗、多光子超分辨率技術在高分辨率生物深層組織成像中具有長遠的應用前景。從雙光子到三光子甚至四光子，這種非線性成像技術通常也被統稱為多光子顯微鏡。美國高速高分辨率多光子顯微鏡單分子成像定位

快速光柵掃描有多種實現方式，使用振鏡進行快速2D掃描，將振鏡和可調電動透鏡結合在一起進行快速3D掃描，但可調電動透鏡由于機械慣性的限制在軸向無法快速進行焦點切換，影響成像速度，現可使用空間光調制器（SLM）代替。遠程聚焦也是一種實現3D成像的手段。在LSU模塊中，掃描振鏡進行橫向掃描，ASU模塊包括物鏡L1和反射鏡M，通過調控M的位置實現軸向掃描。該技術不僅可以校正主物鏡L2引入的光學像差，還可以進行快速的軸向掃描。想要獲得更多神經元成像，可以通過調整顯微鏡的物鏡設計來擴大FOV，但是具有大NA和大FOV的物鏡通常重量較大，無法快速移動以進行快速軸向掃描，因此大型FOV系統依賴于遠程聚焦、SLM和可調電動透鏡。進口多光子顯微鏡作用多光子顯微鏡涉及醫學、生物學、化學、物理學、電子學、工程學等學科，生產工藝相對復雜，進入門檻較高。

細胞在受到外界刺激時，隨著刺激時間的增長，即使刺激繼續存在，Ca2+熒光信號不但不會繼續增強，反而會減弱，直至恢復到未加刺激物時的水平。對于細胞受精過程中Ca2+熒光信號的變化情況，研究發現，配了在粘著過程中，Ca2+熒光信號未發生任何變化，而配子之間發生融合作用時，Ca2+熒光信號強度卻會出現一個不穩定的峰值，并可持續幾分鐘。這些現象，對研究受精發育的早期信號及Ca2+在卵細胞和受精卵的發育過程中的作用具有重要的意義。在其它一些生理過程如細胞分裂、胞吐作用等等，Ca2+熒光信號強度也會發生很強的變化。

多光子顯微鏡對成像深度的改善利用紅光或紅外光激發，光散射小（小粒子的散射與波長的四次方的成反比）。不需要***，能更多收集來自成像截面的散射光子。***不能區分由離焦區域或焦點區發射出的散射光子，多光子在深層成像信噪比好。單光子激發所用的紫外或可見光在光束到達焦平面之前易被樣品吸收而衰減，不易對深層激發。多光子熒光成像的特點。深度成像∶與共聚焦相比能更好地對厚散射物質成像。信噪比∶多光子吸收采用的波長是單光子吸收的2倍以上，所以顯微試樣中的瑞利散射更小，熒光測定的信噪比更高。觀察活細胞∶離子測量（i.e.Ca2+），GFP，發育生物學等—減少了光毒性和光漂白，能對細胞長時間觀察。OCT可以用于損傷修復監測。Yeh等用OCT、多光子顯微鏡。

有許多方法可以實現快速光柵掃描，例如使用振鏡進行快速2D掃描，以及將振鏡與可調電動透鏡相結合進行快速3D掃描。而可調電動式鏡頭由于機械慣性的限制，無法在軸向快速切換焦點，影響成像速度。現在它可以被空間光調制器(SLM)取代。遠程對焦也是實現3D成像的一種手段，如圖2所示。LSU模塊中，掃描振鏡水平掃描，ASU模塊包括物鏡L1和反射鏡M，通過調整M的位置實現軸向掃描該技術不僅可以校正主物鏡L2引入的光學像差，還可以進行快速軸向掃描。為了獲得更多的神經元成像，可以通過調整顯微鏡的物鏡設計來放大FOV。然而，大NA和大FOV的物鏡通常很重，不能快速移動以進行快速軸向掃描，因此大FOV系統依賴于遠程聚焦、SLM和可調電動透鏡。全球多光子顯微鏡主要廠商基本情況介紹，包括公司簡介、多光子顯微鏡產品型號、產量、產值及動態等。美國激光掃描多光子顯微鏡實驗

多光子顯微鏡能提供多種對比度機制。美國高速高分辨率多光子顯微鏡單分子成像定位

比較兩表格中的相關參數可以看出，基于分子光學標記的成像技術已經在生物活檢和基因表達規律方面展示了較大的優勢。例如，正電子發射斷層成像（PET）可實現對分子代謝的成像，空間分辨率∶1-2mm，時間分辨率;分鐘量級。與PET比較，光學成像的應用場合更廣（可測量更多的參數，請參見表1-1），且具有更高的時間分辨率（秒級），空間分辨率可達到微米。因此，二者相比，雖然光學成像在測量深度方面不及PET，但在測量參數種類與時空分辨率方面有一定優勢。對于小動物（如小白鼠）研究來說，光學成像技術可以實現小動物整體成像和在體基因表達成像。例如，初步研究表明，熒光介導層析成像可達到近10cm的測量深度;基于多光子激發的顯微成像技術可望實現小鼠體內基因表達的實時在體成像。美國高速高分辨率多光子顯微鏡單分子成像定位

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