清醒動物多光子顯微鏡長時間觀察

雙光子熒光顯微成像主要有以下優點∶a.光損傷小∶雙光子熒光顯微鏡使用可見光或近紅外光作為激發光，對細胞和組織的光損傷很小，適合于長時間的研究;b.穿透能力強∶相對于紫外光，可見光或近紅外光具有很強的穿透性，可以對生物樣品進行深層次的研究;c．高分辨率∶由于雙光子吸收截面很小P，只有在焦平面很小的區域內可以激發出熒光，雙光子吸收局限于焦點處的體積約為λ范圍內;d.漂白區域很小，焦點以外不發生漂白現象。e．熒光收集率高。與共聚焦成像相比，雙光子成像不需要光學濾波器，提高了熒光收集率。收集效率提高直接導致圖像對比度提高。f.對探測光路的要求低。由于激發光與發射熒光的波長差值加大以及自發的三維濾波效果，多光子顯微鏡對光路收集系統的要求比單光子共焦顯微鏡低得多，光學系統相對簡單。g.適合多標記復合測量。許多染料熒光探針的多光子激發光譜要比單光子激發譜寬闊，這樣，可以利用單一波長的激發光同時激發多種染料，從而得到同一生命現象中的不同信息，便于相互對照、補充。多光子激光掃描顯微鏡是建立在激光掃描顯微鏡技術基礎上的實驗方法，三維觀察上提供更的光學切片能力。清醒動物多光子顯微鏡長時間觀察

單光子激發熒光和雙光子激發熒光，是從熒光產生的機理上來區分的。而共焦則是熒光顯微鏡的一種結構，其目的是為了，通過共焦結構，提高整個熒光顯微鏡的空間分辨率。所以共焦熒光顯微鏡可以根據激發光源的不同，實現單光子共焦熒光成像或者雙光子共焦熒光成像。往往一個普通的雙光子熒光顯微鏡（沒有共焦結構）其空間分辨率也可以達到單光子共焦熒光顯微鏡的水平。這樣就可以簡化整個系統，相對來說，就提高了激發光源的利用率，以及熒光的探測效率，這個也是我們提倡雙光子熒光成像的原因之一。雙光子熒光共焦顯微鏡由于雙光子效應和共焦結構，分辨率則會更高，而我們通常說的共焦顯微鏡都是指單光子激發熒光的。布魯克多光子顯微鏡焦點激發從產品類型及技術方面來看，正置顯微鏡占據絕大多數市場。

多光子顯微鏡成像深度深、對比度高，在生物成像中具有重要意義，但通常需要較高的功率。結合時間傳播的超短脈沖可以實現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導致分辨率較低。基于多光子上轉換材料和時間編碼結構光顯微鏡的高速超分辨成像系統(MUTE-SIM)是由清華大學教授和北京大學彭研究員合作開發的。可實現50MHz的超高掃描速度，突破衍射極限，實現超分辨率成像。與普通熒光顯微鏡相比，該顯微鏡經過改進，只需要較低的激發功率。這種超快、低功耗、多光子超分辨率技術在高分辨率生物深層組織成像中具有長遠的應用前景。

從產品類型及技術方面來看，正置顯微鏡占據絕大多數市場。2020年，全球多光子激光掃描正置顯微鏡市場達到87.30百萬美元，預計到2027年該部分市場將達到154.02百萬美元，年復合增長率（2021-2027）為8.48%。中國多光子激光掃描正置顯微鏡市場達到13.32百萬美元，預計到2027年該部分市場將達到25.21百萬美元，年復合增長率（2021-2027）為9.58%。從產品市場應用情況來看，研究機構為主要應用領域，2020年約占全球市場46.28%。2020年，全球多光子激光掃描顯微鏡研究機構應用消費量為174臺，預計2027年達到349臺，2021-2027年復合增長率（CAGR）為9.72%。多光子激光掃描顯微鏡更能解決生物組織中深層物質的層析成像問題, 擴大了應用范圍。

光學成像技術與分子生物學技術的結合為研究上述科學問題提供了條件與可能。因此，在現代分子生物學技術基礎上，急需發展新的成像技術。在動物體內，如何實現基因表達及蛋白質之間相五作用的實時在體成像監測是當前迫切需要解決的重大科學技術問題。這是也生物學、信息科學（光學）和基礎臨床醫學等學科共同感興趣的重大問題。對這-一一科學問題的研究不僅有助于闡明生命活動的基本規律、認識疾病的發展規律，而且對創新藥物研究、藥物療效評價以及發展疾病早期診斷技術等產生重大影響。多光子顯微鏡涉及醫學、生物學、化學、物理學、電子學、工程學等學科，生產工藝相對復雜，進入門檻較高。美國靈長類多光子顯微鏡成像精度

多光子顯微鏡的分辨率比傳統的單光子共聚焦要低的多。清醒動物多光子顯微鏡長時間觀察

當細胞受到外界刺激時，隨著刺激時間的增加，即使繼續刺激，Ca2+熒光信號也不會繼續增強，反而會減弱，直至恢復到無刺激時的水平。對于細胞受精過程中Ca2+熒光信號的變化，發現粘附過程中Ca2+熒光信號沒有變化，但當配子融合時，Ca2+熒光信號強度出現一個不穩定的峰值，持續數分鐘。這些現象對于研究受精發育的早期信號以及Ca2+在卵子和受精卵發育中的作用具有重要意義。在其他生理過程中，如細胞分裂和胞吐，Ca2+熒光信號的強度也會發生很大的變化。清醒動物多光子顯微鏡長時間觀察