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(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(fā)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(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，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。離體多光子顯微鏡實驗

某種物質(zhì)能產(chǎn)生熒光，首要條件是分子必須具有吸收的結構，即生色團（分子中具有吸收特征頻率的光能的基團）。其次，該物質(zhì)必須具有一定的量子產(chǎn)率和適宣的環(huán)境。我們把分子中發(fā)射熒光的基團稱為熒光團。熒光團一定是生色團，但生色團不一定是熒光團。因為，如果生色團的量子產(chǎn)率等于零，就不能發(fā)射出熒光，處于激發(fā)態(tài)的分子，可以由許多方式（如熱，碰撞）把能量釋放出來，發(fā)射熒光只是其中的一種方式。此外，一種物質(zhì)吸收光的能力及量子產(chǎn)率又與物質(zhì)所處的環(huán)境密切相關。離體多光子顯微鏡實驗從產(chǎn)品類型及技術方面來看，正置顯微鏡占據(jù)絕大多數(shù)市場。

現(xiàn)代分子生物學技術的迅速發(fā)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(jīng)能夠根據(jù)需要建立各種細胞模型，為在體研究基因表達規(guī)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(xiàn)有的分子生物學方法，已經(jīng)對基因表達和蛋白質(zhì)之間的相互作用進行了深入、細致的研究，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。在細胞的生理過程中，基因、尤其是蛋白質(zhì)的表達、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和蛋白質(zhì)之間的相互作用又至關重要。因此，發(fā)展能用于、動態(tài)、實時、連續(xù)監(jiān)測蛋白質(zhì)和基因活動的方法是非常有必要的。

作為一個多學科交叉、知識密集、資金密集的高技術產(chǎn)業(yè)，多光子顯微鏡涉及醫(yī)學、生物學、化學、物理學、電子學、工程學等學科，生產(chǎn)工藝相對復雜，進入門檻較高，是衡量一個國家制造業(yè)和高科技發(fā)展水平的重要標準之一。過去的5年，多光子顯微鏡市場集中，由于投產(chǎn)生產(chǎn)的成本較高，技術難度大，目前涌現(xiàn)的新企業(yè)不多。顯微鏡作為一個傳統(tǒng)的高科技行業(yè)，其作用至今沒有被其他技術顛覆，只是不斷融合并發(fā)展相關技術，在醫(yī)療和其他精密檢測領域發(fā)揮著更大的作用。顯微鏡的商業(yè)化發(fā)展已進入成熟期，主要需求來自教學、生命科學的研究及精密檢測等，全球市場呈現(xiàn)平緩的增長態(tài)勢。然而，顯微鏡產(chǎn)品（如多光子顯微鏡、電子顯微鏡）正拉動市場需求，多光子顯微鏡市場發(fā)展?jié)摿薮?。多光子顯微鏡涉及醫(yī)學、生物學、化學、物理學、電子學、工程學等學科，生產(chǎn)工藝相對復雜，進入門檻較高。

在多光子顯微鏡（也稱為非線性或雙光子顯微鏡）中，以兩倍正常激發(fā)波長照射樣品。更長的波長是有利的，因為它們可以更深地穿透樣品進行3D成像，并且因為它們不會損壞樣品，從而延長樣品壽命。為了實現(xiàn)多光子激發(fā)，照明光束在空間上聚焦（使用光學器件），同時使用高能短脈沖激發(fā)光束以提高兩個（或更多）光子同時到達同一位置（即熒光團分子）的概率。多光子顯微技術的例子包括二次諧波產(chǎn)生(SHG)、三次諧波產(chǎn)生(THG)、相干反斯托克斯拉曼光譜(CARS)和受激發(fā)射耗盡(STED)顯微技術。由于這些技術中的每一種都使用脈沖激光器，因此選擇能夠比較大限度地減少脈沖色散的光學組件很重要，并且激光反射二向色鏡應具有低GDD特性。多光子顯微鏡的發(fā)展歷史充滿了貢獻、開發(fā)、進步和數(shù)個世紀以來多個來源和地點的改進。離體多光子顯微鏡實驗

多光子顯微鏡中，極短的激光脈沖聚焦在樣品上的緊密點上，激發(fā)熒光團產(chǎn)生圖像。離體多光子顯微鏡實驗

ＳｔｅｒｎａｎｄＪｅａｎＭａｒｘ在評論中說：祖家能夠在更為精細的層次研究樹突的功能，這在以前是完全不可能的。新的技術（如腦片的膜片鉗和雙光子顯微使人們對樹突的計算和神經(jīng)信號處理中的作用有了更好的理解。他們解釋了是樹突模式和形狀多樣性，及其獨特的電、及其獨特的電化學特征使神經(jīng)元完成了一系列的專門任務。雙光子與共聚焦在發(fā)育生物學中的應用雙光子∶每2.5分鐘掃描一次，觀察24小時，發(fā)育到桑椹胚和胚泡階段共聚焦∶每15分鐘掃描一次，觀察8小時后細胞分裂停止，不能發(fā)育到桑椹胚和胚泡階段共聚焦激發(fā)時的細胞存活率為多光子系統(tǒng)的10～20%。離體多光子顯微鏡實驗