隨著生物分子光學(xué)標(biāo)記技術(shù)的不斷進(jìn)步,，光學(xué)技術(shù)在揭示生命活動(dòng)基本規(guī)律的研究中正發(fā)揮越來越重要的作用,，也為醫(yī)學(xué)診療提供了更多,、更有效的手段。生物醫(yī)學(xué)光學(xué)（BiomedicalOptics）是近年來受到國際光學(xué)界和生物醫(yī)學(xué)界關(guān)注的研究熱點(diǎn),，在生物活檢,、光動(dòng)力、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能檢測,、基因表達(dá)規(guī)律的在體研究等問題上取得了一系列研究成果,，目前正在從宏觀到微觀上對大腦活動(dòng)與功能進(jìn)行多層面的研究。細(xì)胞重大生命活動(dòng)（包括細(xì)胞增殖,、分化,、凋亡及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)）的發(fā)生和調(diào)節(jié)是通過生物大分子間（如蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-核酸等）相互作用來實(shí)現(xiàn)的,。蛋白質(zhì)作為基因調(diào)控的產(chǎn)物，與細(xì)胞和機(jī)體生理過程代謝直接相關(guān),，深入研究基因表達(dá)及蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用不僅能揭示生命活動(dòng)的基本規(guī)律,，同時(shí)也能深入了解疾病發(fā)生的分子機(jī)理，進(jìn)而為尋找更有效的藥物分子,、提高藥物篩選和藥物設(shè)計(jì)的效率提供新的方法和思路,。多光子顯微鏡將生物打印結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確定位和定向到特定的解剖部位，使其能夠在小鼠組織內(nèi)制造復(fù)雜結(jié)構(gòu),。清醒動(dòng)物多光子顯微鏡

使用MPM對神經(jīng)元進(jìn)行成像時(shí),，通過隨機(jī)訪問掃描—即激光束在整個(gè)視場上的任意選定點(diǎn)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(shí)間,。隨機(jī)訪問掃描可以通過聲光偏轉(zhuǎn)器（AOD）來實(shí)現(xiàn)，其原理是將具有一個(gè)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(shí)發(fā)生衍射。通過射頻電信號調(diào)控聲波的強(qiáng)度和頻率從而可以改變衍射光的強(qiáng)度和方向,，這樣使用1個(gè)AOD就可以實(shí)現(xiàn)一維橫向的任意點(diǎn)掃描,，利用1對AOD，結(jié)合其他軸向掃描技術(shù)可實(shí)現(xiàn)3D的隨機(jī)訪問掃描,。但是該技術(shù)對樣本的運(yùn)動(dòng)很敏感,，易出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)偽影而被普遍的使用。美國清醒動(dòng)物多光子顯微鏡三維分辨率多光子激光掃描顯微鏡已經(jīng)成為了一個(gè)活躍且多產(chǎn)的領(lǐng)域,。

    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(shí)間上展開的超短脈沖可以實(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(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),。它可以實(shí)現(xiàn)50MHz的超高的掃描速度，并突破了衍射極限,，實(shí)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。

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,。例如，正電子發(fā)射斷層成像（PET）可實(shí)現(xiàn)對分子代謝的成像,，空間分辨率∶1-2mm,，時(shí)間分辨率;分鐘量級。與PET比較,，光學(xué)成像的應(yīng)用場合更廣（可測量更多的參數(shù),，請參見表1-1），且具有更高的時(shí)間分辨率（秒級）,，空間分辨率可達(dá)到微米,。因此，二者相比,，雖然光學(xué)成像在測量深度方面不及PET,，但在測量參數(shù)種類與時(shí)空分辨率方面有一定優(yōu)勢。對于小動(dòng)物（如小白鼠）研究來說,，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,。多光子顯微鏡在基礎(chǔ)科學(xué)和臨床診斷領(lǐng)域的應(yīng)用范圍正在持續(xù)增長。

以往我們認(rèn)識的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng),，即一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出,。強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應(yīng)的認(rèn)識,，用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度極大,，一個(gè)電子在短時(shí)間吸收多個(gè)光子成為可能,，從而形成多光子電效應(yīng)，這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí),。為什么一般討論的光電效應(yīng)都是指單光子光電效應(yīng)呢,？這是因?yàn)椋谑褂闷胀ü庠吹那闆r下,，電子吸收兩個(gè)以上光子能量的概率是非常非常小的,，幾乎為零。事實(shí)上,，愛因斯坦本人就考慮過在強(qiáng)光下發(fā)生光電效應(yīng)的可能性問題,。對此，他有如下的論述：光電效應(yīng)中的一個(gè)電子吸收兩個(gè)光子的幾率不會大于下雨天兩個(gè)雨滴同事打在一個(gè)螞蟻上的幾率,。因此,，多光子光電效應(yīng)在實(shí)驗(yàn)上的研究成為可能，是二十世紀(jì)六十年代激光乃至強(qiáng)激光出現(xiàn)以后的事情,。有了激光，對于雙光子光電效應(yīng),，在實(shí)驗(yàn)上和理論上均取得了許多成果,。利用強(qiáng)激光，人們不僅觀察到雙光子和三光子的光電效應(yīng),，甚至觀察到金靶材吸收幾十個(gè)等效光子實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,。多光子顯微鏡的發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢。布魯克多光子顯微鏡三維分辨率

中國市場多光子顯微鏡產(chǎn)量,、消費(fèi)量,、進(jìn)出口分析及未來趨勢。清醒動(dòng)物多光子顯微鏡

單束掃描技術(shù)可以高速遍歷大視場（FOV）的神經(jīng)組織：使用MPM對神經(jīng)元進(jìn)行成像時(shí),，通過隨機(jī)訪問掃描—即激光束在整個(gè)視場上的任意選定點(diǎn)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(shí)間,。隨機(jī)訪問掃描（圖1）可以通過聲光偏轉(zhuǎn)器（AOD）來實(shí)現(xiàn),，其原理是將具有一個(gè)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(shí)發(fā)生衍射,。通過射頻電信號調(diào)控聲波的強(qiáng)度和頻率從而可以改變衍射光的強(qiáng)度和方向，這樣使用1個(gè)AOD就可以實(shí)現(xiàn)一維橫向的任意點(diǎn)掃描,，利用1對AOD,，結(jié)合其他軸向掃描技術(shù)可實(shí)現(xiàn)3D的隨機(jī)訪問掃描,。但是該技術(shù)對樣本的運(yùn)動(dòng)很敏感，易出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)偽影而被普遍的使用,。清醒動(dòng)物多光子顯微鏡