細胞在受到外界刺激時，隨著刺激時間的增長，即使刺激繼續(xù)存在，Ca2+熒光信號不但不會繼續(xù)增強，反而會減弱，直至恢復到未加刺激物時的水平。對于細胞受精過程中Ca2+熒光信號的變化情況，研究發(fā)現(xiàn)，配了在粘著過程中，Ca2+熒光信號未發(fā)生任何變化，而配子之間發(fā)生融合作用時，Ca2+熒光信號強度卻會出現(xiàn)一個不穩(wěn)定的峰值，并可持續(xù)幾分鐘。這些現(xiàn)象，對研究受精發(fā)育的早期信號及Ca2+在卵細胞和受精卵的發(fā)育過程中的作用具有重要的意義。在其它一些生理過程如細胞分裂、胞吐作用等等，Ca2+熒光信號強度也會發(fā)生很強的變化。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(xiàn)的新企業(yè)不多。美國高速高分辨率多光子顯微鏡代理商
有許多方法可以實現(xiàn)快速光柵掃描，例如使用振鏡進行快速2D掃描，以及將振鏡與可調電動透鏡相結合進行快速3D掃描。而可調電動式鏡頭由于機械慣性的限制，無法在軸向快速切換焦點，影響成像速度?，F(xiàn)在它可以被空間光調制器(SLM)取代。遠程對焦也是實現(xiàn)3D成像的一種手段，如圖2所示。LSU模塊中，掃描振鏡水平掃描，ASU模塊包括物鏡L1和反射鏡M，通過調整M的位置實現(xiàn)軸向掃描該技術不僅可以校正主物鏡L2引入的光學像差，還可以進行快速軸向掃描。為了獲得更多的神經元成像，可以通過調整顯微鏡的物鏡設計來放大FOV。然而，大NA和大FOV的物鏡通常很重，不能快速移動以進行快速軸向掃描，因此大FOV系統(tǒng)依賴于遠程聚焦、SLM和可調電動透鏡。美國共聚焦多光子顯微鏡作用多光子顯微鏡技術是對完整組織進行深層熒光成像的優(yōu)先技術。
隨著現(xiàn)代分子生物學技術的快速發(fā)展和科學技術的進步，特別是后基因組時代的到來，人們已經能夠根據需要建立各種細胞模型，這為在體內研究基因表達、分子間相互作用、細胞增殖、細胞信號轉導、誘導分化、細胞凋亡和新生血管生成提供了良好的生物學條件。然而，盡管利用現(xiàn)有的分子生物學方法對基因表達與蛋白質的相互作用進行了深入細致的研究，但仍然無法實現(xiàn)對蛋白質和基因活性的實時動態(tài)監(jiān)測。在細胞的生理過程中，基因尤其是蛋白質的表達、修飾和相互作用往往是可逆的、動態(tài)變化的。目前，分子生物學方法無法捕捉到蛋白質和基因的這些變化，但獲得這些信息對于研究基因表達與蛋白質的相互作用非常重要。因此，有必要發(fā)展一種動態(tài)、實時、連續(xù)監(jiān)測蛋白質和基因活性的方法。
某種物質能產生熒光，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，該物質必須具有一定的量子產率和適宣的環(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，一種物質吸收光的能力及量子產率又與物質所處的環(huán)境密切相關。多光子顯微鏡的分辨率比傳統(tǒng)的單光子共聚焦要低的多。
使用基因編碼的熒光探針可以在突觸和細胞分辨率下監(jiān)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(guī)的2PM來說太快。目前電壓成像主要通過寬場顯微鏡實現(xiàn)，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。從產品類型及技術方面來看，正置顯微鏡占據絕大多數市場。美國共聚焦多光子顯微鏡作用
多光子顯微鏡之類的先進光學技術能夠在活生物體的大腦表面下更深地成像。美國高速高分辨率多光子顯微鏡代理商
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%。美國高速高分辨率多光子顯微鏡代理商
