多光子顯微鏡因擁有較深的成像深度,，和較高的對比度在生物成像中有著重要的意義,，但是它通常需要較高的功率,。結(jié)合時間上展開的超短脈沖可以實現(xiàn)超快的掃描速度和較深的成像深度，但是其本身所利用的近紅外波段的光會導(dǎo)致分辨率較低,。清華大學(xué)陳宏偉教授和北京大學(xué)席鵬研究員合作研究，結(jié)合了結(jié)構(gòu)光成像和上轉(zhuǎn)化粒子,，開發(fā)了一種基于多光子上轉(zhuǎn)化材料和時間編碼結(jié)構(gòu)光顯微鏡的高速超分辨成像系統(tǒng)(MUTE-SIM),。它可以實現(xiàn)50MHz的超高的掃描速度，并突破了衍射極限,，實現(xiàn)了超分辨成像,。相較于普通的熒光顯微鏡，該顯微鏡提升了，并且只需要較低的激發(fā)功率,。這種超快,、低功率、多光子的超分辨技術(shù),，在分辨率高的生物深層組織成像上有著長遠(yuǎn)的應(yīng)用前景,。 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。美國模塊化多光子顯微鏡峰值功率密度

多光子激發(fā)掃描顯微成像系統(tǒng)的不足,。只能對熒光成像,。如果樣品包括能夠吸收激發(fā)光的色團(tuán)，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(fā)顯微鏡應(yīng)用舉例,。動物和腦片神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能、動物腦皮層的成像,、胚胎發(fā)育過程的長時間動態(tài)觀測,、多光子激發(fā)光解籠、細(xì)胞內(nèi)微區(qū)鈣動力學(xué),、多光子激發(fā)自發(fā)熒光,、其它應(yīng)用。美國模塊化多光子顯微鏡峰值功率密度多光子顯微鏡被認(rèn)為是,、完整生物組織成像的手段之一,，其成像尺度從分子級別到整個有機體。

國內(nèi)顯微鏡制造市場目前斷層嚴(yán)重,。目前我國顯微鏡行業(yè)發(fā)展缺乏技術(shù)沉淀,，20年以上經(jīng)營積累的企業(yè)十分稀缺，深度精密制造,、光學(xué)主要部件設(shè)計及工藝嚴(yán)重制約產(chǎn)業(yè)升級,。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主要集中在徠卡顯微系統(tǒng),、蔡司,、尼康、奧林巴斯等國外企業(yè),。國內(nèi)具備生產(chǎn)顯微鏡能力的企業(yè)屈指可數(shù),，若國內(nèi)顯微鏡企業(yè)能打破技術(shù)壁壘,，切入顯微鏡市場，企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營將騰躍至一個更高的格局,。未來國產(chǎn)多光子激光掃描顯微鏡替代空間大,。目前中國使用的多光子激光掃描顯微鏡幾乎被徠卡顯微系統(tǒng)、蔡司,、尼康和奧林巴斯壟斷,。國內(nèi)有能力開始生產(chǎn)多光子激光掃描顯微鏡的企業(yè)極少，若國內(nèi)能夠制造出高性能,、高可靠性的多光子激光掃描顯微鏡,，無異是會面臨極大的市場機遇。

多光子顯微鏡對成像深度的改善利用紅光或紅外光激發(fā),，光散射?。ㄐ×Ｗ拥纳⑸渑c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(qū)分由離焦區(qū)域或焦點區(qū)發(fā)射出的散射光子，多光子在深層成像信噪比好,。單光子激發(fā)所用的紫外或可見光在光束到達(dá)焦平面之前易被樣品吸收而衰減,，不易對深層激發(fā)。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(zhì)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(xì)胞∶離子測量（i.e.Ca2+）,，GFP,，發(fā)育生物學(xué)等—減少了光毒性和光漂白，能對細(xì)胞長時間觀察,。多光子顯微鏡的成熟的深部組織成像技術(shù)中,。還有其他類型的圖像對比提供有關(guān)樣本的有價值信息。

現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和科技的進(jìn)步,，特別是隨著后基因組時代的到來,，人們已經(jīng)能夠根據(jù)需要建立各種細(xì)胞模型，為在體研究基因表達(dá)規(guī)律,、分子間的相互作用,、細(xì)胞的增殖、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo),、誘導(dǎo)分化,、細(xì)胞凋亡以及新的血管生成等提供了良好的生物學(xué)條件。然而，盡管人們利用現(xiàn)有的分子生物學(xué)方法,，已經(jīng)對基因表達(dá)和蛋白質(zhì)之間的相互作用進(jìn)行了深入,、細(xì)致的研究，但仍然不能實現(xiàn)對蛋白質(zhì)和基因活動的實時,、動態(tài)監(jiān)測,。在細(xì)胞的生理過程中，基因,、尤其是蛋白質(zhì)的表達(dá),、修飾和相萬作用往往發(fā)生可逆的、動態(tài)的變化,。目前的分子生物學(xué)方法還不能捕獲到蛋白質(zhì)和基因的這些變化,，但獲取這些信息對與研究基因的表達(dá)和蛋白質(zhì)之間的相互作用又至關(guān)重要。因此,，發(fā)展能用于,、動態(tài)、實時,、連續(xù)監(jiān)測蛋白質(zhì)和基因活動的方法非常必要,。從產(chǎn)品類型及技術(shù)方面來看，正置顯微鏡占據(jù)絕大多數(shù)市場,。美國模塊化多光子顯微鏡峰值功率密度

多光子顯微鏡可以進(jìn)行深層成像,，且具有三維成像的能力，可以應(yīng)用于拍攝不透明的厚樣品,。美國模塊化多光子顯微鏡峰值功率密度

使用MPM對神經(jīng)元進(jìn)行成像時,，通過隨機訪問掃描—即激光束在整個視場上的任意選定點上進(jìn)行快速掃描—可以只掃描感興趣的神經(jīng)元，這樣不僅避免掃描到任何未標(biāo)記的神經(jīng)纖維,，還可以優(yōu)化激光束的掃描時間,。隨機訪問掃描可以通過聲光偏轉(zhuǎn)器（AOD）來實現(xiàn)，其原理是將具有一個射頻信號的壓電傳感器粘在合適的晶體上,，所產(chǎn)生的聲波引起周期性的折射率光柵,，激光束通過光柵時發(fā)生衍射。通過射頻電信號調(diào)控聲波的強度和頻率從而可以改變衍射光的強度和方向,，這樣使用1個AOD就可以實現(xiàn)一維橫向的任意點掃描,，利用1對AOD，結(jié)合其他軸向掃描技術(shù)可實現(xiàn)3D的隨機訪問掃描,。但是該技術(shù)對樣本的運動很敏感,，易出現(xiàn)運動偽影。目前,，快速光柵掃描即在FOV中進(jìn)行逐行掃描,，由于利用算法可以輕松解決運動偽影而被普遍的使用,。美國模塊化多光子顯微鏡峰值功率密度