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（BiomedicalOptics）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。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。清醒動物多光子顯微鏡

使用MPM對神經元進行成像時，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行快速掃描—可以只掃描感興趣的神經元，這樣不僅避免掃描到任何未標記的神經纖維，還可以優化激光束的掃描時間。隨機訪問掃描可以通過聲光偏轉器（AOD）來實現，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，所產生的聲波引起周期性的折射率光柵，激光束通過光柵時發生衍射。通過射頻電信號調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就可以實現一維橫向的任意點掃描，利用1對AOD，結合其他軸向掃描技術可實現3D的隨機訪問掃描。但是該技術對樣本的運動很敏感，易出現運動偽影。目前，快速光柵掃描即在FOV中進行逐行掃描，由于利用算法可以輕松解決運動偽影而被普遍的使用。美國清醒動物多光子顯微鏡三維分辨率多光子激光掃描顯微鏡已經成為了一個活躍且多產的領域。

    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。

比較兩表格中的相關參數可以看出，基于分子光學標記的成像技術已經在生物活檢和基因表達規律方面展示了較大的優勢。例如，正電子發射斷層成像（PET）可實現對分子代謝的成像，空間分辨率∶1-2mm，時間分辨率;分鐘量級。與PET比較，光學成像的應用場合更廣（可測量更多的參數，請參見表1-1），且具有更高的時間分辨率（秒級），空間分辨率可達到微米。因此，二者相比，雖然光學成像在測量深度方面不及PET，但在測量參數種類與時空分辨率方面有一定優勢。對于小動物（如小白鼠）研究來說，光學成像技術可以實現小動物整體成像和在體基因表達成像。例如，初步研究表明，熒光介導層析成像可達到近10cm的測量深度;基于多光子激發的顯微成像技術可望實現小鼠體內基因表達的實時在體成像。多光子顯微鏡在基礎科學和臨床診斷領域的應用范圍正在持續增長。

以往我們認識的光電效應是單光子光電效應，即一個電子在極短時間內能吸收到一個光子而從金屬表面逸出。強激光的出現豐富了人們對于光電效應的認識，用強激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個電子在短時間吸收多個光子成為可能，從而形成多光子電效應，這已被實驗證實。為什么一般討論的光電效應都是指單光子光電效應呢？這是因為，在使用普通光源的情況下，電子吸收兩個以上光子能量的概率是非常非常小的，幾乎為零。事實上，愛因斯坦本人就考慮過在強光下發生光電效應的可能性問題。對此，他有如下的論述：光電效應中的一個電子吸收兩個光子的幾率不會大于下雨天兩個雨滴同事打在一個螞蟻上的幾率。因此，多光子光電效應在實驗上的研究成為可能，是二十世紀六十年代激光乃至強激光出現以后的事情。有了激光，對于雙光子光電效應，在實驗上和理論上均取得了許多成果。利用強激光，人們不僅觀察到雙光子和三光子的光電效應，甚至觀察到金靶材吸收幾十個等效光子實驗現象。多光子顯微鏡的發展現狀及未來發展趨勢。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量、消費量、進出口分析及未來趨勢。清醒動物多光子顯微鏡

單束掃描技術可以高速遍歷大視場（FOV）的神經組織：使用MPM對神經元進行成像時，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行快速掃描—可以只掃描感興趣的神經元，這樣不僅避免掃描到任何未標記的神經纖維，還可以優化激光束的掃描時間。隨機訪問掃描（圖1）可以通過聲光偏轉器（AOD）來實現，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，所產生的聲波引起周期性的折射率光柵，激光束通過光柵時發生衍射。通過射頻電信號調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就可以實現一維橫向的任意點掃描，利用1對AOD，結合其他軸向掃描技術可實現3D的隨機訪問掃描。但是該技術對樣本的運動很敏感，易出現運動偽影。目前，快速光柵掃描即在FOV中進行逐行掃描，由于利用算法可以輕松解決運動偽影而被普遍的使用。清醒動物多光子顯微鏡