使用基因編碼的熒光探針可以在突觸和細胞分辨率下監測體內神經元信號，這是揭示動物神經活動復雜機制的關鍵。使用雙光子顯微鏡（2PM）可以以亞細胞分辨率對鈣離子傳感器和谷氨酸傳感器成像，從而測量不透明大腦深處的活動；成像膜電壓變化能直接反映神經元活動，但神經元活動的速度對于常規的2PM來說太快。目前電壓成像主要通過寬場顯微鏡實現，但它的空間分辨率較差并且于淺層深度。因此要在不透明的大腦中以高空間分辨率對膜電壓變化進行成像，需要明顯提高2PM的成像速率。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。美國激光掃描多光子顯微鏡原理

因斯蔻浦(上海)生物科技有限公司 雙光子顯微鏡的基本原理是：在高光子密度的情況下，熒光分子可以同時吸收 2 個長波長的光子，在經過一個很短的所謂激發態壽命的時間后，發射出一個波長較短的光子；其效果和使用一個波長為長波長一半的光子去激發熒光分子是相同的。雙光子激發需要很高的光子密度，為了不損傷細胞，雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器。這種激光器發出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量，其脈沖寬度只有 100 飛秒，而其周期可以達到 80至100兆赫茲。在使用高數值孔徑的物鏡將脈沖激光的光子聚焦時，物鏡的焦點處的光子密度是比較高的，雙光子激發只發生在物鏡的焦點上，所以雙光子顯微鏡不需要共聚焦***，提高了熒光檢測效率。飛秒激光多光子顯微鏡數據分析多光子顯微鏡技術的優勢如何？又有哪些應用？

單光子激發熒光的過程，就是熒光分子吸收一個光子，從基態躍遷到激發態，躍遷以后，能量較大的激發態分子，通過內轉換把部分能量轉移給周圍的分子，自己回到比較低電子激發態的比較低振動能級。處于比較低電子激發態的比較低振動能級的分子的平均壽命大約在 10s 左右。這時它不是通過內轉換的方式來消耗能量，回到基態，而是通過發射出相應的光量子來釋放能量，回到基態的各個不同的振動能級時，就發射熒光。因為在發射熒光以前已經有一部分能量被消耗，所以發射的熒光的能量要比吸收的能量小，也就是熒光的特征波長要比吸收的特征波長來的長。

與傳統的單光子寬視野熒光顯微鏡相比，多光子顯微鏡（MPM）具有光學切片和深層成像等功能，這兩個優勢極大地促進了研究者們對于完整大腦深處神經的了解與認識。2019年，JeromeLecoq等人從大腦深處的神經元成像、大量神經元成像、高速神經元成像這三個方面論述了相關的MPM技術[1]。想要將神經元活動與復雜行為聯系起來，通常需要對大腦皮質深層的神經元進行成像，這就要求MPM具有深層成像的能力。激發和發射光會被生物組織高度散射和吸收是限制MPM成像深度的主要因素，雖然可以通過增加激光強度來解決散射問題，但這會帶來其他問題，例如燒壞樣品、離焦和近表面熒光激發。增加MPM成像深度比較好的方法是用更長的波長作為激發光。多光子顯微鏡在臨床前評價IA形態、細胞外基質、細胞密度和血管形成等方面顯示出強大的作用。

    雙光子顯微鏡工作原理是將超快的紅外激光脈沖傳輸到樣品中，在樣品中與組織或熒光標記相互作用，這些組織或熒光標記發出用于創建圖像的信號。雙光子顯微鏡被多用于生物學研究，因為它能夠產生高分辨率的3-D圖像，深度達1毫米。然而，這些優點帶來了有限的成像速度，因為微光條件需要逐點圖像采集和重建的點檢測器。為了加快成像速度，科學家之前開發了一種多焦點激光照明方法，該方法使用數字微鏡設備(DMD)，這是一種通常用于投影儀的低成本光掃描儀。此前人們認為這些DMD不能與超快激光一起工作。然而現在解決了這個問題，這使得DMD在超快激光應用中得以應用，這些應用包括光束整形、脈沖整形、快速掃描和雙光子成像。DMD在樣品內隨機選擇的位置上產生5到30點聚焦激光。 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。在體多光子顯微鏡成像分辨率

生產和消費的角度分析多光子顯微鏡的主要生產地區、主要消費地區以及主要的生產商。美國激光掃描多光子顯微鏡原理

通過添加FACED模塊，可以將基于標準振鏡的現有2PM輕松轉換為千赫茲成像系統。FACED雙光子熒光顯微鏡遵循光柵掃描，需要很少的計算處理，在稀疏或密集的標記樣本中均可以使用，并且不受串擾的影響，而且對整個圖像平面采樣后可以進行運動校正。實驗中沒有觀察到光損傷的跡象，此外，子脈沖延遲到達相同的樣品位置，能為熒光團提供充足的時間使其從易于破壞的暗態返回到基態，可以明顯減少光漂白。使用現有的傳感器，FACED雙光子熒光顯微鏡可以提供足夠的速度和靈敏度來檢測神經元過程中的鈣瞬變和谷氨酸瞬變，以及來自細胞體的尖峰和亞閾值電壓。該組使用基于FACED的2PM顯微鏡，在小鼠大腦中實現了千赫茲速率的神經活動成像。在物鏡平均激光功率為10-85mW下，他們測量了清醒小鼠中V1神經元的自發性和感覺誘發性的超閾值和亞閾值電位活動。美國激光掃描多光子顯微鏡原理