雙光子顯微鏡工作原理是將超快的紅外激光脈沖傳輸到樣品中，在樣品中與組織或熒光標記相互作用，這些組織或熒光標記發出用于創建圖像的信號。雙光子顯微鏡被多用于生物學研究，因為它能夠產生高分辨率的3-D圖像，深度達1毫米。然而，這些優點帶來了有限的成像速度，因為微光條件需要逐點圖像采集和重建的點檢測器。為了加快成像速度，科學家之前開發了一種多焦點激光照明方法，該方法使用數字微鏡設備(DMD)，這是一種通常用于投影儀的低成本光掃描儀。此前人們認為這些DMD不能與超快激光一起工作。然而現在解決了這個問題，這使得DMD在超快激光應用中得以應用，這些應用包括光束整形、脈沖整形、快速掃描和雙光子成像。DMD在樣品內隨機選擇的位置上產生5到30點聚焦激光。多光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器。美國靈長類多光子顯微鏡數據分析

多光子激發掃描顯微成像系統的不足。只能對熒光成像。如果樣品包括能夠吸收激發光的色團，如色素，樣品可能受到熱損傷。分辨率略有降低，雖然可以通過同時利用共焦的小孔得到改善，但是信號會有損耗。受昂貴的超快激光器限制，多光子掃描顯微鏡的成本較高。多光子激發顯微鏡應用舉例。動物和腦片神經細胞結構與功能、動物腦皮層的成像、胚胎發育過程的長時間動態觀測、多光子激發光解籠、細胞內微區鈣動力學、多光子激發自發熒光、其它應用。美國多光子顯微鏡實驗雙光子顯微鏡可以在保持細胞活性的情況下進行成像，這對于研究細胞生理學和生物化學過程非常有用。

Ca2+是重要的第二信使，對于調節細胞的生理反應具有重要的作用，開發和利用雙光子熒光顯微成像技術對Ca2+熒光信號進行觀測，可以從某些方面對有機體或細胞的變化機制進行分析，具有重要的意義。利用雙光子熒光顯微成像技術可以觀察細胞內用熒光探針標記的Ca2*的時間和空間的熒光圖像的變化，還可以觀察細胞某一層面或局部的（Ca2+）熒光圖像和變化。通過對單細胞的研究發現，Ca2+不僅在細胞局部區域間的分布是不均勻的，而且細胞內各局部區域的不同深度或層次間也存在不同程度的Ca2+梯差即所謂的空間Ca2梯差。

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，Ca2+熒光信號強度也會發生很強的變化。雙光子熒光顯微鏡是結合了激光掃描共聚焦顯微鏡和雙光子激發技術的一種新技術。

對于雙光子（2P）成像而言，離焦和近表面熒光激發是兩個比較大的深度限制因素，而對于三光子（3P）成像這兩個問題大大減小，但是三光子成像由于熒光團的吸收截面比2P要小得多，所以需要更高數量級的脈沖能量才能獲得與2P激發的相同強度的熒光信號。功能性3P顯微鏡比結構性3P顯微鏡的要求更高，它需要更快速的掃描，以便及時采樣神經元活動；需要更高的脈沖能量，以便在每個像素停留時間內收集足夠的信號。復雜的行為通常涉及到大型的大腦神經網絡，該網絡既具有局部的連接又具有遠程的連接。要想將神經元活動與行為聯系起來，需要同時監控非常龐大且分布普遍的神經元的活動，大腦中的神經網絡會在幾十毫秒內處理傳入的刺激，要想了解這種快速的神經元動力學，就需要MPM具備對神經元進行快速成像的能力?？焖費PM方法可分為單束掃描技術和多束掃描技術。目前中國顯微鏡中如多光子顯微鏡、共聚焦掃描和電子顯微鏡等。美國熒光多光子顯微鏡應用

高精度、低損傷、高速掃描，多光子顯微鏡為科研工作提供強大支持。美國靈長類多光子顯微鏡數據分析

現代分子生物學技術的迅速發展和科技的進步，特別是隨著后基因組時代的到來，人們已經能夠根據需要建立各種細胞模型，為在體研究基因表達規律、分子間的相互作用、細胞的增殖、細胞信號轉導、誘導分化、細胞凋亡以及新的血管生成等提供了良好的生物學條件。然而，盡管人們利用現有的分子生物學方法，已經對基因表達和蛋白質之間的相互作用進行了深入、細致的研究，但仍然不能實現對蛋白質和基因活動的實時、動態監測。在細胞的生理過程中，基因、尤其是蛋白質的表達、修飾和相萬作用往往發生可逆的、動態的變化。目前的分子生物學方法還不能捕獲到蛋白質和基因的這些變化，但獲取這些信息對與研究基因的表達和蛋白質之間的相互作用又至關重要。因此，發展能用于、動態、實時、連續監測蛋白質和基因活動的方法非常必要。美國靈長類多光子顯微鏡數據分析