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，已經對基因表達和蛋白質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)測蛋白質和基因活動的方法是非常有必要的。雙光子熒光顯微鏡是結合了激光掃描共聚焦顯微鏡和雙光子激發(fā)技術的一種新技術。多光子顯微鏡成像精度
對于雙光子(2P)成像，散焦和近表面熒光激發(fā)是兩個相對較大的深度限制因素，而對于三光子(3P)成像，這兩個問題**減少。 然而，由于熒光團的吸收截面遠小于2P，三光子成像需要更高的脈沖能量才能獲得與2P相同激發(fā)強度的熒光信號。 功能性3P顯微鏡比結構性3P顯微鏡要求更高，后者需要更快的掃描速度以便及時采樣神經元活動。 為了在每個像素的停留時間內收集足夠的信號，需要更高的脈沖能量。 復雜的行為通常涉及大規(guī)模的大腦神經網絡，這些網絡既有本地連接，也有遠程連接。 為了將神經元的活動與行為聯(lián)系起來，需要同時監(jiān)測* * *分布的超大型神經元的活動。 大腦中的神經網絡將在幾十毫秒內處理輸入的刺激。 為了理解這種快速神經元動力學，MPM需要快速成像神經元的能力。 快速MPM方法可分為單束掃描技術和多束掃描技術。 在體多光子顯微鏡數(shù)據(jù)處理由于雙光子激發(fā)的特性，它可以獲得比傳統(tǒng)顯微鏡更高的分辨率。
快速光柵掃描有多種實現(xiàn)方式，使用振鏡進行快速2D掃描，將振鏡和可調電動透鏡結合在一起進行快速3D掃描，但可調電動透鏡由于機械慣性的限制在軸向無法快速進行焦點切換，影響成像速度，現(xiàn)可使用空間光調制器（SLM）代替。遠程聚焦也是一種實現(xiàn)3D成像的手段。在LSU模塊中，掃描振鏡進行橫向掃描，ASU模塊包括物鏡L1和反射鏡M，通過調控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，還可以進行快速的軸向掃描。想要獲得更多神經元成像，可以通過調整顯微鏡的物鏡設計來擴大FOV，但是具有大NA和大FOV的物鏡通常重量較大，無法快速移動以進行快速軸向掃描，因此大型FOV系統(tǒng)依賴于遠程聚焦、SLM和可調電動透鏡。
多束掃描技術可以同時對神經元組織的不同位置進行成像。該技術:對于兩個遠程成像位置(相距1-2mm以上)，通常采用兩個**的路徑進行成像；對于相鄰區(qū)域，通常使用單個物鏡的多個光束進行成像。多光束掃描技術必須特別注意激發(fā)光束之間的串擾，這可以通過事后光源分離或時空復用來解決。事后光源分離法是指分離光束以消除串擾的算法；時空復用法是指同時使用多個激發(fā)光束，每個光束的脈沖在時間上被延遲，使不同光束激發(fā)的單個熒光信號可以暫時分離。引入的光束越多，可以成像的神經元越多，但多束會導致熒光衰減時間重疊增加，從而限制了分辨信號源的能力；并且復用對電子設備的工作速度要求很高；大量的光束也需要較高的激光功率來維持單束的信噪比，這樣容易導致組織損傷。多光子顯微鏡，實現(xiàn)無創(chuàng)、實時、動態(tài)的生物組織觀測。
多光子顯微鏡對成像深度的改善利用紅光或紅外光激發(fā)，光散射小（小粒子的散射與波長的四次方的成反比）。不需要***，能更多收集來自成像截面的散射光子。***不能區(qū)分由離焦區(qū)域或焦點區(qū)發(fā)射出的散射光子，多光子在深層成像信噪比好。單光子激發(fā)所用的紫外或可見光在光束到達焦平面之前易被樣品吸收而衰減，不易對深層激發(fā)。多光子熒光成像的特點。深度成像∶與共聚焦相比能更好地對厚散射物質成像。信噪比∶多光子吸收采用的波長是單光子吸收的2倍以上，所以顯微試樣中的瑞利散射更小，熒光測定的信噪比更高。觀察活細胞∶離子測量（i.e.Ca2+），GFP，發(fā)育生物學等—減少了光毒性和光漂白，能對細胞長時間觀察。突破傳統(tǒng)光學成像極限，多光子顯微鏡適應各種復雜環(huán)境。在體多光子顯微鏡實驗操作
實現(xiàn)細胞內分子級觀測，多光子顯微鏡開啟生命科學新篇章。多光子顯微鏡成像精度
光學成像技術與分子生物學技術的結合為研究上述科學問題提供了條件與可能。因此，在現(xiàn)代分子生物學技術基礎上，急需發(fā)展新的成像技術。在動物體內，如何實現(xiàn)基因表達及蛋白質之間相五作用的實時在體成像監(jiān)測是當前迫切需要解決的重大科學技術問題。這是也生物學、信息科學（光學）和基礎臨床醫(yī)學等學科共同感興趣的重大問題。對這-一一科學問題的研究不僅有助于闡明生命活動的基本規(guī)律、認識疾病的發(fā)展規(guī)律，而且對創(chuàng)新藥物研究、藥物療效評價以及發(fā)展疾病早期診斷技術等產生重大影響。多光子顯微鏡成像精度
