對于雙光子（2P）成像而言，離焦和近表面熒光激發(fā)是兩個比較大的深度限制因素，而對于三光子（3P）成像這兩個問題大大減小，但是三光子成像由于熒光團的吸收截面比2P要小得多，所以需要更高數(shù)量級的脈沖能量才能獲得與2P激發(fā)的相同強度的熒光信號。功能性3P顯微鏡比結(jié)構(gòu)性3P顯微鏡的要求更高，它需要更快速的掃描，以便及時采樣神經(jīng)元活動；需要更高的脈沖能量，以便在每個像素停留時間內(nèi)收集足夠的信號。復(fù)雜的行為通常涉及到大型的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)既具有局部的連接又具有遠程的連接。要想將神經(jīng)元活動與行為聯(lián)系起來，需要同時監(jiān)控非常龐大且分布普遍的神經(jīng)元的活動，大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會在幾十毫秒內(nèi)處理傳入的刺激，要想了解這種快速的神經(jīng)元動力學(xué)，就需要MPM具備對神經(jīng)元進行快速成像的能力?？焖費PM方法可分為單束掃描技術(shù)和多束掃描技術(shù)。 實現(xiàn)細胞內(nèi)分子級觀測，多光子顯微鏡開啟生命科學(xué)新篇章。美國嚙齒類多光子顯微鏡飛秒激光

2020年，TonmoyChakraborty等人提出了加速2PM軸向掃描速度的方法[2]。在光學(xué)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(shù)或電調(diào)諧透鏡(ETL)已經(jīng)實現(xiàn)了快速軸向掃描。但遠程對焦時對反射鏡的機械驅(qū)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(xué)設(shè)計，可以將橫向掃描轉(zhuǎn)換為無球面像差的軸向掃描，以實現(xiàn)高分辨率成像。有兩種方法可以實現(xiàn)這種設(shè)計。***個可以執(zhí)行離散的軸向掃描，另一個可以執(zhí)行連續(xù)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(zhǔn)直后的激光束經(jīng)偏振分束器反射進入遠程聚焦臂，由GSM進行掃描，使OBJ1產(chǎn)生的激光焦點可以進行水平掃描。美國模塊化多光子顯微鏡實驗融合光譜技術(shù)，多光子顯微鏡實現(xiàn)更豐富的生物組織信息獲取。

Sternand Jean Marx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(shù)（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(xué)特征使神經(jīng)元完成了一系列的專門任務(wù)。雙光子與共聚焦在發(fā)育生物學(xué)中的應(yīng)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%。

當(dāng)激光光束焦點的位置在鏡面上，此時被反射的激光在無限空間中成為準(zhǔn)直光束，并在OBJ2的焦平面上形成了一個激光光斑。同理，如果橫向掃描光束，則會形成遠離傾斜鏡鏡面的焦點，這又導(dǎo)致返回的光束會聚或發(fā)散，進而OBJ2能在軸向不同位置形成焦點，通過這種方式即能實現(xiàn)連續(xù)的軸向掃描。對于較小的傾斜角，聚焦沒有球差。該組在實驗中表征了這種將橫向掃描轉(zhuǎn)換為軸向掃描技術(shù)的光學(xué)性能，并使用它將光片顯微鏡的成像速度提升了一個數(shù)量級，從而可以在三個維度上量化快速的囊泡動力學(xué)。該組還演示了使用雙光子光柵掃描顯微鏡以12 kHz進行共振遠程聚焦，該技術(shù)可對大腦組織和斑馬魚心臟動力學(xué)進行快速成像，并具有衍射極限的分辨率。雙光子熒光顯微鏡是結(jié)合了激光掃描共聚焦顯微鏡和雙光子激發(fā)技術(shù)的一種新技術(shù)。

雙光子熒光顯微成像主要有以下優(yōu)點:a.光損傷小:雙光子熒光顯微以可見光或近紅外光為激發(fā)光，對細胞和組織的光損傷小，適合長期研究；b.穿透力強:與紫外光、可見光或近紅外光相比，穿透力強，可用于生物樣品的深入研究；c.高分辨率:由于雙光子吸收截面很小P，熒光只能在焦平面很小的區(qū)域激發(fā)，雙光子吸收被限制在焦點λ左右的體積內(nèi)；d.漂白區(qū)域很小，焦點外不發(fā)生漂白。E.高熒光收集率與共焦成像相比，雙光子成像不需要濾光片，提高了熒光收集率。采集效率的提高直接導(dǎo)致圖像對比度的提高。F.對探測光路要求低。由于激發(fā)光和發(fā)射熒光的波長差越來越大，加上自發(fā)三維濾波效應(yīng)，多光子顯微鏡對光路采集系統(tǒng)的要求遠低于單光子共焦顯微鏡，光學(xué)系統(tǒng)也相對簡單。G.適用于多標(biāo)簽復(fù)合測量許多染料熒光探針的多光子激發(fā)光譜比單光子激發(fā)光譜更寬，從而可以用單一波長的激發(fā)光同時激發(fā)多種染料，獲得同一生命現(xiàn)象的不同信息，便于相互比較和補充。多光子顯微鏡，提高醫(yī)學(xué)病理診斷的準(zhǔn)確性和效率。美國全自動多光子顯微鏡應(yīng)用

多光子顯微鏡，實現(xiàn)無創(chuàng)、實時、動態(tài)的生物組織觀測。美國嚙齒類多光子顯微鏡飛秒激光

要想實現(xiàn)離散的軸向重新聚焦，需要在OBJ1的焦平面中放置一個階梯鏡（圖3b）。當(dāng)入射激光束被OBJ1聚焦到的焦平面恰好與階梯重合時，被反射的激光將在無窮大的空間中成為準(zhǔn)直光束，并在OBJ2的焦平面上形成激光光斑。并且返回的激光束會被GSM消除橫向掃描，即OBJ2形成的焦點不會進行橫向掃描，實現(xiàn)軸向掃描。如果激光點被掃描到與焦平面不一致的階梯，則會形成遠離鏡面的激光焦點，返回的激光束會在無窮大的空間中會聚或發(fā)散，進而導(dǎo)致由OBJ2形成的激光焦點也在軸向重新聚焦，通過這種方式即能實現(xiàn)離散的軸向掃描。對于已精確匹配兩個物鏡光瞳的光學(xué)裝置，不會引入像差。為了進行連續(xù)的軸向重新聚焦，將階梯鏡替換為稍微傾斜的平面鏡，同時入射的激光焦點也需要被傾斜，使得其以垂直于鏡面的方向入射，通過相對入射激光束稍微平移OBJ1即可實現(xiàn)這種傾斜。美國嚙齒類多光子顯微鏡飛秒激光