首代小型化雙光子顯微鏡在國際上獲得小鼠自由行為過程中大腦神經(jīng)元和突觸的動態(tài)圖像后，我們成功研制了第二代小型化雙光子顯微鏡。它具有更大的成像視野和三維成像能力，可以清晰穩(wěn)定地對自由活動小鼠三維腦區(qū)的數(shù)千個(gè)神經(jīng)元進(jìn)行成像，實(shí)現(xiàn)對同一批神經(jīng)元的一個(gè)月追蹤記錄。通過對微光學(xué)系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)的。微物鏡工作距離延長至1mm，實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)成像。內(nèi)嵌可拆卸的快速軸向掃描模塊，可采集深度180微米的3D體成像和多平面快速切換的實(shí)時(shí)成像。該掃描模塊由一個(gè)快速的電動變焦透鏡和一對中繼透鏡組成，在不同深度成像時(shí)可保持放大倍率恒定。其變焦模塊重量，研究人員可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求自由拆卸。此外，新版微型化成像探頭可整體即時(shí)拔插，極大地簡化了實(shí)驗(yàn)操作，避免了長周期實(shí)驗(yàn)時(shí)對動物的干擾。在重復(fù)裝卸探頭同一批神經(jīng)元時(shí)，視場旋轉(zhuǎn)角小于，邊界偏差小于35微米。多光子顯微鏡的發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢。Ultima 2P Plus多光子顯微鏡系統(tǒng)

多束掃描技術(shù)可以同時(shí)對神經(jīng)元組織的不同位置進(jìn)行成像。該技術(shù):對于兩個(gè)遠(yuǎn)程成像位置(相距1-2mm以上)，通常采用兩個(gè)**的路徑進(jìn)行成像；對于相鄰區(qū)域，通常使用單個(gè)物鏡的多個(gè)光束進(jìn)行成像。多光束掃描技術(shù)必須特別注意激發(fā)光束之間的串?dāng)_，這可以通過事后光源分離或時(shí)空復(fù)用來解決。事后光源分離法是指分離光束以消除串?dāng)_的算法；時(shí)空復(fù)用法是指同時(shí)使用多個(gè)激發(fā)光束，每個(gè)光束的脈沖在時(shí)間上被延遲，使不同光束激發(fā)的單個(gè)熒光信號可以暫時(shí)分離。引入的光束越多，可以成像的神經(jīng)元越多，但多束會導(dǎo)致熒光衰減時(shí)間重疊增加，從而限制了分辨信號源的能力；并且復(fù)用對電子設(shè)備的工作速度要求很高；大量的光束也需要較高的激光功率來維持單束的信噪比，這樣容易導(dǎo)致組織損傷。美國清醒動物多光子顯微鏡三維分辨率滔博生物多光子顯微鏡廣應(yīng)用于生命科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域!

Ca2+是重要的第二信使，對于調(diào)節(jié)細(xì)胞的生理反應(yīng)具有極其重要的作用，開發(fā)和利用雙光子熒光顯微成像技術(shù)對Ca2+熒光信號進(jìn)行觀測，可以從某些方面對有機(jī)體或細(xì)胞的變化機(jī)制進(jìn)行分析，具有重要的意義。利用雙光子熒光顯微成像技術(shù)可以觀察細(xì)胞內(nèi)用熒光探針標(biāo)記的Ca2*的時(shí)間和空間的熒光圖像的變化，還可以觀察細(xì)胞某一層面或局部的（Ca2+）熒光圖像和變化。通過對單細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，Ca2+不僅在細(xì)胞局部區(qū)域間的分布是不均勻的，而且細(xì)胞內(nèi)各局部區(qū)域的不同深度或?qū)哟伍g也存在不同程度的Ca2+梯差即所謂的空間Ca2梯差。

對于雙光子（2P）成像而言，離焦和近表面熒光激發(fā)是兩個(gè)比較大的深度限制因素，而對于三光子（3P）成像這兩個(gè)問題大大減小，但是三光子成像由于熒光團(tuán)的吸收截面比2P要小得多，所以需要更高數(shù)量級的脈沖能量才能獲得與2P激發(fā)的相同強(qiáng)度的熒光信號。功能性3P顯微鏡比結(jié)構(gòu)性3P顯微鏡的要求更高，它需要更快速的掃描，以便及時(shí)采樣神經(jīng)元活動；需要更高的脈沖能量，以便在每個(gè)像素停留時(shí)間內(nèi)收集足夠的信號。復(fù)雜的行為通常涉及到大型的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)既具有局部的連接又具有遠(yuǎn)程的連接。要想將神經(jīng)元活動與行為聯(lián)系起來，需要同時(shí)監(jiān)控非常龐大且分布普遍的神經(jīng)元的活動，大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會在幾十毫秒內(nèi)處理傳入的刺激，要想了解這種快速的神經(jīng)元動力學(xué)，就需要MPM具備對神經(jīng)元進(jìn)行快速成像的能力。快速M(fèi)PM方法可分為單束掃描技術(shù)和多束掃描技術(shù)。利用多光子顯微鏡，進(jìn)行無損、高分辨率的生物組織層析成像。

有許多方法可以實(shí)現(xiàn)快速光柵掃描，例如使用振鏡進(jìn)行快速2D掃描，以及將振鏡與可調(diào)電動透鏡相結(jié)合進(jìn)行快速3D掃描。而可調(diào)電動式鏡頭由于機(jī)械慣性的限制，無法在軸向快速切換焦點(diǎn)，影響成像速度。現(xiàn)在它可以被空間光調(diào)制器(SLM)取代。遠(yuǎn)程對焦也是實(shí)現(xiàn)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(diào)整M的位置實(shí)現(xiàn)軸向掃描該技術(shù)不僅可以校正主物鏡L2引入的光學(xué)像差，還可以進(jìn)行快速軸向掃描。為了獲得更多的神經(jīng)元成像，可以通過調(diào)整顯微鏡的物鏡設(shè)計(jì)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(jìn)行快速軸向掃描，因此大FOV系統(tǒng)依賴于遠(yuǎn)程聚焦、SLM和可調(diào)電動透鏡。全球多光子顯微鏡主要消費(fèi)地區(qū)分析，包括消費(fèi)量及份額等。美國清醒動物多光子顯微鏡三維分辨率

多光子顯微鏡已經(jīng)被生物學(xué)家普遍的運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)中。Ultima 2P Plus多光子顯微鏡系統(tǒng)

1，光源、光路高度整合通過精密的設(shè)計(jì)，將飛秒激光器、掃描振鏡、PMT、濾光片組，甚至是單光子熒光光路全套整合在一個(gè)不大的掃描頭內(nèi)，無論掃描頭如何移動，掃描頭內(nèi)的光路都可以保持穩(wěn)定不變，從而實(shí)現(xiàn)了超穩(wěn)定、免維護(hù)的特點(diǎn)。2，配合多維度、高精度機(jī)械控制系統(tǒng)。掃描頭直接架設(shè)在一個(gè)多維運(yùn)動的機(jī)械裝置上，可沿任意方向和角度移動掃描頭，方便對動物樣本進(jìn)行多方位的掃描觀察。而這在常規(guī)方案的多光子顯微鏡上有很大的實(shí)現(xiàn)難度，不但需要多個(gè)關(guān)節(jié)組合的光路導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，并且在這些關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，都冒著極大的光路偏移的風(fēng)險(xiǎn)，以至于在使用一段時(shí)間后都需要對光路進(jìn)行再次校準(zhǔn)，而這樣的問題在我司上則完全不會發(fā)生。3.一機(jī)多能。Ultima 2P Plus多光子顯微鏡系統(tǒng)