和很多偉大的科學發(fā)明一樣，雙光子顯微鏡的出現也有一點偶然，但正是那瞬間的靈感為生物科學尤其是神經科學帶來了一種**性的成像技術：雙光子激發(fā)熒光顯微鏡。1990年初，當WinfriedDenk剛從康奈爾大學博士畢業(yè)準備前往瑞士讀博后時，他看了一本關于激光掃描顯微鏡的書，從中了解到非線性光學效應——強光和物質的相互作用。當時，Denk有同事研究生物樣品中的鈣離子但苦于沒有強大的紫外激光器和光學元件，于是他就想到如果使用雙光子吸收就能夠繞開紫外，換言之，與其通過一個紫外光子激發(fā)標記的鈣離子，通過兩個雙倍波長的可見光光子也能激發(fā)相同的熒光。有了想法后馬上實驗。借了一套染料飛秒激光器，Denk聯(lián)合他的導師WattWebb及其博士生JamesStrickler只用六個小時就完成了實驗搭建，采集數據則用了兩到三天，于是一篇里程碑式的文章就此誕生了。雙光子顯微鏡觀察到的現象證明了鈣離子的增加依賴于肌體觸發(fā)的鈉離子作用電勢。進口雙光子顯微鏡熒光壽命計數

首先，雙光子成像采用波長范圍約在700~1000nm的近紅外光激發(fā)，在組織中的散射系數較小，穿透性很好，因此非常適合厚樣本的觀察。同時，由于是近紅外光激發(fā)，也能避免樣品中激發(fā)波長較短的自發(fā)熒光物質的干擾，可獲得較強的熒光信號（如下圖）。所以雙光子成像具有較深的穿透力和較小的光毒性。通常在活物腦組織中雙光子顯微鏡有效成像深度可達200~500μm，能夠較好地進行三維成像。雙光子成像的另一大優(yōu)勢在于精確的空間點聚焦性。一般條件下，物質只會被單光子激發(fā)，只有在光子密度足夠高的情況下，物質才會吸收兩個光子從而被激發(fā)，所以，雙光子只會在光子密度蕞高的物鏡焦點附近發(fā)生，很少產生焦平面外的雜散光（如下圖）。這種性質既提高了成像質量，也降低了樣本的光漂白、光損傷區(qū)域。基于這些優(yōu)勢，使得雙光子顯微鏡非常適合對活細胞、活組織進行長時間在體成像。國內雙光子顯微鏡用途雙光子顯微鏡的性能得到不斷地優(yōu)化，結合它的特點，大致可以分成深和活兩個方面的提升。

WinfriedDenk使用的第1個光源是染料飛秒激光(脈沖寬度100fs，可見光波長630nm)。染料激光雖然實驗室演示可以接受，但是使用起來不方便，所以離商業(yè)化還很遠。很快雙光子顯微鏡的標準光源變成了飛秒鈦寶石激光器。鈦寶石激光器除了具有固態(tài)光源的優(yōu)點外，還具有近紅外波長調諧范圍寬，而近紅外比可見光穿透更深，對生物樣品的損傷更小。下圖是Thorlabs的雙光子和三光子顯微鏡配置，鈦寶石飛秒可調諧激光器位于平臺左側。從雙光子到三光子科學家們正在從雙光子顯微鏡轉向三光子顯微鏡。1996年，ChrisXu在康奈爾大學(Denk的導師實驗室)讀博時發(fā)明了三光子顯微鏡。如果雙光子吸收是可行的，那么三光子似乎是自然的發(fā)展方向。三光子成像使用更長的波長，大約1.3和1.7微米，成像深度比雙光子更深。目前錄音大約2.2毫米，人的大腦皮層厚度大約4毫米。與雙光子顯微鏡相比，三光子需要使用更強、更短、重復率更低的激光脈沖，這是傳統(tǒng)的鈦寶石激光器很難滿足的，但對于摻鐿光纖飛秒光參量放大器，比如我們的Y-Fi光參量放大器(OPA)就非常容易。

雙光子技術在醫(yī)療診斷應用中具有巨大的潛力，需要系統(tǒng)的醫(yī)學研究與龐大的醫(yī)療數據加以支撐，通過研究人體基于多光子成像技術，進行細胞結構、生化成分、微環(huán)境、組織形態(tài)、代謝功能的影響信息，找到與疾病的細胞學、分子生物學、組織病理學、診斷和特征的關聯(lián)關系，共同探究生理病理基礎和分子細胞生物學機制，篩選鑒定、皮膚病、自身免疫病及其他疑難疾病的診斷及鑒別診斷依據，建立全新的多光子細胞診斷的完整數據庫，定義出針對不同疾病的多光子臨床檢測設備的產品標準。討論環(huán)節(jié)，來自病理科、呼吸中心、心臟科、神經科、皮膚科及研究所的多位醫(yī)師及研究人員紛紛結合各自的工作領域與王愛民副教授展開了熱烈的討論，其中毛發(fā)中心楊頂權主任計劃再次邀請王愛民副教授進行學術交流。雙光子顯微鏡知多少。

n摻雜可以明顯影響碳點(CDs)的發(fā)射和激發(fā)特性，使雙光子碳點(TP-CDs)具有本征雙光子激發(fā)特性和605nm紅光發(fā)射特性。在638nm激光的照射下，除了長波激發(fā)和發(fā)射外，還能產生活性氧，這為光動力技術提供了極大的可能性。更重要的是，各種表征和理論模擬證實了摻雜誘導的N雜環(huán)在TP-CDs與RNA的親和力中起著關鍵作用。這種親和力不僅可以實現核仁特異性的自我靶向，還可以通過ROS斷裂RNA鏈來解離TP-CDs@RNA復合物，從而在治療過程中產生熒光變化。TP-CDs結合了ROS產生的能力、PDT過程中的熒光變化、長波激發(fā)和發(fā)射特性以及核仁特異性自靶向性，因此可以認為是一種實時處理核仁動態(tài)變化的智能CDs。雙光子顯微鏡明日之星--FemtoFiber ultra 920 。國內熒光雙光子顯微鏡

雙光子顯微鏡在各領域研究中已有許多成功實例。進口雙光子顯微鏡熒光壽命計數

在國家自然科學基金委國家重大科研儀器研制專項《超高時空分辨微型化雙光子在體顯微成像系統(tǒng)》的支持下，北京大學分子醫(yī)學研究所、信息科學技術學院、動態(tài)成像中心、生命科學學院、工學院聯(lián)合中國人民醫(yī)學科學院組成跨學科團隊，歷經三年多的協(xié)同奮戰(zhàn)，成功研制新一代高速分辨微型化雙光子熒光顯微鏡，并獲取了小鼠在自由行為過程中大腦神經元和神經突觸活動清晰、穩(wěn)定的圖像。原始論文于5月29日在線發(fā)表于自然雜志子刊NatureMethods(IF25.3)，并已申請多項。進口雙光子顯微鏡熒光壽命計數