比較兩表格中的相關(guān)參數(shù)可以看出,，基于分子光學(xué)標(biāo)記的成像技術(shù)已經(jīng)在生物活檢和基因表達(dá)規(guī)律方面展示了較大的優(yōu)勢(shì),。例如,，正電子發(fā)射斷層成像（PET）可實(shí)現(xiàn)對(duì)分子代謝的成像,，空間分辨率∶1-2mm，時(shí)間分辨率;分鐘量級(jí),。與PET比較,，光學(xué)成像的應(yīng)用場(chǎng)合更廣（可測(cè)量更多的參數(shù),，請(qǐng)參見表1-1），且具有更高的時(shí)間分辨率（秒級(jí)）,，空間分辨率可達(dá)到微米,。因此，二者相比,，雖然光學(xué)成像在測(cè)量深度方面不及PET，但在測(cè)量參數(shù)種類與時(shí)空分辨率方面有一定優(yōu)勢(shì),。對(duì)于小動(dòng)物（如小白鼠）研究來(lái)說(shuō),，光學(xué)成像技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)小動(dòng)物整體成像和在體基因表達(dá)成像。例如,，初步研究表明,，熒光介導(dǎo)層析成像可達(dá)到近10cm的測(cè)量深度;基于多光子激發(fā)的顯微成像技術(shù)可望實(shí)現(xiàn)小鼠體內(nèi)基因表達(dá)的實(shí)時(shí)在體成像。多光子顯微鏡之類的先進(jìn)光學(xué)技術(shù)能夠在活生物體的大腦表面下更深地成像,。美國(guó)全自動(dòng)多光子顯微鏡作用

光學(xué)成像技術(shù)與分子生物學(xué)技術(shù)的結(jié)合為研究上述科學(xué)問題提供了條件與可能,。因此，在現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上,，急需發(fā)展新的成像技術(shù),。在動(dòng)物體內(nèi)，如何實(shí)現(xiàn)基因表達(dá)及蛋白質(zhì)之間相五作用的實(shí)時(shí)在體成像監(jiān)測(cè)是當(dāng)前迫切需要解決的重大科學(xué)技術(shù)問題,。這是也生物學(xué),、信息科學(xué)（光學(xué)）和基礎(chǔ)臨床醫(yī)學(xué)等學(xué)科共同感興趣的重大問題。對(duì)這-一一科學(xué)問題的研究不僅有助于闡明生命活動(dòng)的基本規(guī)律,、認(rèn)識(shí)疾病的發(fā)展規(guī)律,，而且對(duì)創(chuàng)新藥物研究、藥物療效評(píng)價(jià)以及發(fā)展疾病早期診斷技術(shù)等產(chǎn)生重大影響,。美國(guó)全自動(dòng)多光子顯微鏡成像分辨率從雙光子到三光子甚至四光子,，這種非線性成像技術(shù)通常也被統(tǒng)稱為多光子顯微鏡。

某種物質(zhì)能產(chǎn)生熒光,，首要條件是分子必須具有吸收的結(jié)構(gòu),，即生色團(tuán)（分子中具有吸收特征頻率的光能的基團(tuán)）。其次,，該物質(zhì)必須具有一定的量子產(chǎn)率和適宣的環(huán)境,。我們把分子中發(fā)射熒光的基團(tuán)稱為熒光團(tuán)。熒光團(tuán)一定是生色團(tuán),，但生色團(tuán)不一定是熒光團(tuán),。因?yàn)椋绻珗F(tuán)的量子產(chǎn)率等于零,，就不能發(fā)射出熒光,，處于激發(fā)態(tài)的分子，可以由許多方式（如熱，碰撞）把能量釋放出來(lái),，發(fā)射熒光只是其中的一種方式,。此外，一種物質(zhì)吸收光的能力及量子產(chǎn)率又與物質(zhì)所處的環(huán)境密切相關(guān),。

多光子顯微優(yōu)點(diǎn)：☆光損傷?。河捎陔p光子顯微鏡使用的是可見光或近紅外光作為激發(fā)光源，這一波段的光對(duì)細(xì)胞和組織的光損傷小,，適用于長(zhǎng)時(shí)間的研究,；☆穿透能力強(qiáng)：相對(duì)于紫外光，可見光和近紅外光都具有更強(qiáng)的穿透能力,，因而受生物組織散射的影響更小,，解決對(duì)生物組織中深層物質(zhì)的層析成像研究問題；☆高分辨率：由于雙光子吸收截面很小,，只有在焦平面很小的區(qū)域內(nèi)可以激發(fā)出熒光,，雙光子吸收*局限于焦點(diǎn)處的體積約為波長(zhǎng)3次方的范圍內(nèi)；☆漂白區(qū)域?。河捎诩ぐl(fā)只存在于交點(diǎn)處,，所以焦點(diǎn)以外的區(qū)域都不會(huì)發(fā)生光漂白現(xiàn)象；☆熒光收集率高：與共聚焦成像相比,，雙光子成像不需要光學(xué)濾波器,，這樣就提高了對(duì)熒光的收集率，而收集率的提高直接導(dǎo)致圖像對(duì)比度的提高,；☆圖像對(duì)比度高：由于熒光波長(zhǎng)小于入射波長(zhǎng),，因而瑞利散射產(chǎn)生的背景噪聲只有單光子激發(fā)時(shí)的1/16，降低了散射的干擾,；☆光子躍遷具有很強(qiáng)的選擇激發(fā)性,，所以可以對(duì)生物組織中一些特殊物質(zhì)進(jìn)行成像研究；☆避免組織自發(fā)熒光的干擾,，獲得較強(qiáng)的樣品熒光：生物組織中的自發(fā)熒光物質(zhì)的激發(fā)波長(zhǎng)一般在350~560nm范圍內(nèi),，采用近紅外或紅外波段的激光作為光源，能**降低生物組織對(duì)激發(fā)光吸收,。多光子顯微鏡能提供多種對(duì)比度機(jī)制,。

細(xì)胞在受到外界刺激時(shí)，隨著刺激時(shí)間的增長(zhǎng),，即使刺激繼續(xù)存在,，Ca2+熒光信號(hào)不但不會(huì)繼續(xù)增強(qiáng)，反而會(huì)減弱,，直至恢復(fù)到未加刺激物時(shí)的水平,。對(duì)于細(xì)胞受精過程中Ca2+熒光信號(hào)的變化情況,，研究發(fā)現(xiàn)，配了在粘著過程中,，Ca2+熒光信號(hào)未發(fā)生任何變化,，而配子之間發(fā)生融合作用時(shí)，Ca2+熒光信號(hào)強(qiáng)度卻會(huì)出現(xiàn)一個(gè)不穩(wěn)定的峰值,，并可持續(xù)幾分鐘,。這些現(xiàn)象，對(duì)研究受精發(fā)育的早期信號(hào)及Ca2+在卵細(xì)胞和受精卵的發(fā)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(xì)胞分裂,、胞吐作用等等，Ca2+熒光信號(hào)強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生很強(qiáng)的變化,。多光子激光掃描顯微鏡更能解決生物組織中深層物質(zhì)的層析成像問題, 擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。美國(guó)在體多光子顯微鏡能量脈沖

多光子顯微鏡市場(chǎng)集中,，由于投產(chǎn)生產(chǎn)的成本較高,，技術(shù)難度大，目前涌現(xiàn)的新企業(yè)不多,。美國(guó)全自動(dòng)多光子顯微鏡作用

多光子顯微鏡成像深度深,、對(duì)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(jié)合時(shí)間傳播的超短脈沖可以實(shí)現(xiàn)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(huì)導(dǎo)致分辨率較低,?；诙喙庾由限D(zhuǎn)換材料和時(shí)間編碼結(jié)構(gòu)光顯微鏡的高速超分辨成像系統(tǒng)(MUTE-SIM)是由清華大學(xué)教授和北京大學(xué)彭研究員合作開發(fā)的?？蓪?shí)現(xiàn)50MHz的超高掃描速度,，突破衍射極限，實(shí)現(xiàn)超分辨率成像,。與普通熒光顯微鏡相比,，該顯微鏡經(jīng)過改進(jìn)，只需要較低的激發(fā)功率,。這種超快,、低功耗、多光子超分辨率技術(shù)在高分辨率生物深層組織成像中具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的應(yīng)用前景,。美國(guó)全自動(dòng)多光子顯微鏡作用