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。結合時間上展開的超短脈沖可以實現超快的掃描速度和較深的成像深度，但是其本身所利用的近紅外波段的光會導致分辨率較低。清華大學陳宏偉教授和北京大學席鵬研究員合作研究，結合了結構光成像和上轉化粒子，開發了一種基于多光子上轉化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)。它可以實現50MHz的超高的掃描速度，并突破了衍射極限，實現了超分辨成像。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功率。這種超快、低功率、多光子的超分辨技術，在分辨率高的生物深層組織成像上有著長遠的應用前景。多光子顯微鏡的分辨率比傳統的單光子共聚焦要低的多。飛秒激光多光子顯微鏡數據處理

有許多方法可以實現快速光柵掃描，例如使用振鏡進行快速2D掃描，以及將振鏡與可調電動透鏡相結合進行快速3D掃描。而可調電動式鏡頭由于機械慣性的限制，無法在軸向快速切換焦點，影響成像速度?，F在它可以被空間光調制器(SLM)取代。遠程對焦也是實現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，通過調整M的位置實現軸向掃描該技術不僅可以校正主物鏡L2引入的光學像差，還可以進行快速軸向掃描。為了獲得更多的神經元成像，可以通過調整顯微鏡的物鏡設計來放大FOV。然而，大NA和大FOV的物鏡通常很重，不能快速移動以進行快速軸向掃描，因此大FOV系統依賴于遠程聚焦、SLM和可調電動透鏡。飛秒激光多光子顯微鏡系統多光子激光掃描顯微鏡采用波長較長的紅外激光,能量脈沖式激發,紅外光比可見光在生物組織中的穿透力更強。

多光子成像系統提供的優勢包括了真正的三維成像、對活組織內部深處進行成像的能力以及消除平面外熒光的能力。使用這種方法進行成像，可以對斯托克斯位移非常短和/或效率非常低的熒光染料進行成像，甚至可以對樣品或組織中固有的熒光分子進行成像。多光子成像的缺點包括需要高峰值功率脈沖激光器，例如鎖模鈦：藍寶石激光器，并且直到現在，缺乏在整個發射范圍內提供足夠吞吐量的高性能濾光片。整個激光調諧范圍內的興趣和足夠的阻擋。

2020年，TonmoyChakraborty等人提出了加速2PM軸向掃描速度的方法[2]。在光學顯微鏡中，物鏡或樣品緩慢的軸向掃描速度限制了體成像的速度。近年來，通過使用遠程聚焦技術或電調諧透鏡(ETL)已經實現了快速軸向掃描。但遠程對焦時對反射鏡的機械驅動會限制軸向掃描速度，ETL會引入球差和高階像差，無法進行高分辨率成像。為了克服這些限制，該小組引入了一種新的光學設計，可以將橫向掃描轉換為無球面像差的軸向掃描，以實現高分辨率成像。有兩種方法可以實現這種設計。***個可以執行離散的軸向掃描，另一個可以執行連續的軸向掃描。如圖3a所示，特定裝置由兩個垂直臂組成，每個臂具有4F望遠鏡和物鏡。遠程聚焦臂由振鏡掃描鏡(GSM)和空氣物鏡(OBJ1)組成，另一個臂(稱為照明臂)由浸沒物鏡(OBJ2)組成。兩個臂對齊，使得GSM與兩個物鏡的后焦平面共軛。準直后的激光束經偏振分束器反射進入遠程聚焦臂，由GSM進行掃描，使OBJ1產生的激光焦點可以進行水平掃描。多光子顯微鏡市場集中，由于投產生產的成本較高，技術難度大，目前涌現的新企業不多。

現代分子生物學技術的迅速發展和科技的進步，特別是隨著后基因組時代的到來，人們已經能夠根據需要建立各種細胞模型，為在體研究基因表達規律、分子間的相互作用、細胞的增殖、細胞信號轉導、誘導分化、細胞凋亡以及新的血管生成等提供了良好的生物學條件。然而，盡管人們利用現有的分子生物學方法，已經對基因表達和蛋白質之間的相互作用進行了深入、細致的研究，但仍然不能實現對蛋白質和基因活動的實時、動態監測。在細胞的生理過程中，基因、尤其是蛋白質的表達、修飾和相萬作用往往發生可逆的、動態的變化。目前的分子生物學方法還不能捕獲到蛋白質和基因的這些變化，但獲取這些信息對與研究基因的表達和蛋白質之間的相互作用又至關重要。因此，發展能用于、動態、實時、連續監測蛋白質和基因活動的方法是非常有必要的。多光子顯微鏡將生物打印結構準確定位和定向到特定的解剖部位，使其能夠在小鼠組織內制造復雜結構。靈長類多光子顯微鏡設備

世界多光子激光掃描顯微鏡產業主要布局在德國和日本，德國是徠卡顯微系統和蔡司。飛秒激光多光子顯微鏡數據處理

隨著生物分子光學標記技術的不斷進步，光學技術在揭示生命活動基本規律的研究中正發揮越來越重要的作用，也為醫學診療提供了更多、更有效的手段。生物醫學光學是近年來受到國際光學界和生物醫學界關注的研究熱點，在生物活檢、光動力、細胞結構與功能檢測、基因表達規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與功能進行多層面的研究。細胞重大生命活動（包括細胞增殖、分化、凋亡及信號轉導）的發生和調節是通過生物大分子間（如蛋白質-蛋白質、蛋白質-核酸等）相互作用來實現的。蛋白質作為基因調控的產物，與細胞和機體生理過程代謝直接相關，深入研究基因表達及蛋白質-蛋白質相互作用不僅能揭示生命活動的基本規律，同時也能深入了解疾病發生的分子機理，進而為尋找更有效的藥物分子、提高藥物篩選和藥物設計的效率提供新的方法和思路。飛秒激光多光子顯微鏡數據處理