使用基因編碼的熒光探針可以在突觸和細(xì)胞分辨率下監(jiān)測(cè)體內(nèi)神經(jīng)元信號(hào)，這是揭示動(dòng)物神經(jīng)活動(dòng)復(fù)雜機(jī)制的關(guān)鍵。使用雙光子顯微鏡（2PM）可以以亞細(xì)胞分辨率對(duì)鈣離子傳感器和谷氨酸傳感器成像，從而測(cè)量不透明大腦深處的活動(dòng)；成像膜電壓變化能直接反映神經(jīng)元活動(dòng)，但神經(jīng)元活動(dòng)的速度對(duì)于常規(guī)的2PM來(lái)說(shuō)太快。目前電壓成像主要通過(guò)寬場(chǎng)顯微鏡實(shí)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(duì)膜電壓變化進(jìn)行成像，需要明顯提高2PM的成像速率。使用雙光子顯微鏡觀察標(biāo)本的時(shí)候，只有在焦平面上才有光漂白和光毒性。美國(guó)激光掃描多光子顯微鏡Ultima 2P Plus

多束掃描技術(shù)可以同時(shí)對(duì)神經(jīng)元組織的不同位置進(jìn)行成像該技術(shù)：對(duì)兩個(gè)遠(yuǎn)距離（相距大于1-2 mm）的成像部位，通常使用兩條單獨(dú)的路徑進(jìn)行成像；對(duì)于相鄰區(qū)域，通常使用單個(gè)物鏡的多光束進(jìn)行成像。多光束掃描技術(shù)必須特別注意激發(fā)光束之間的串?dāng)_問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)事后光源分離方法或時(shí)空復(fù)用方法來(lái)解決。事后光源分離方法指的是用算法來(lái)分離光束消除串?dāng)_；時(shí)空復(fù)用方法指的是同時(shí)使用多個(gè)激發(fā)光束，每個(gè)光束的脈沖在時(shí)間上延遲，這樣就可以暫時(shí)分離被不同光束激發(fā)的單個(gè)熒光信號(hào)。引入越多路光束就可以對(duì)越多的神經(jīng)元進(jìn)行成像，但是多路光束會(huì)導(dǎo)致熒光衰減時(shí)間的重疊增加，從而限制了區(qū)分信號(hào)源的能力；并且多路復(fù)用對(duì)電子設(shè)備的工作速率有很高的要求；大量的光束也需要更高的激光功率來(lái)維持近似單光束的信噪比，這會(huì)容易導(dǎo)致組織損傷。共聚焦多光子顯微鏡技術(shù)多光子顯微鏡將生物打印結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確定位和定向到特定的解剖部位，使其能夠在小鼠組織內(nèi)制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

    多光子顯微鏡因擁有較深的成像深度，和較高的對(duì)比度在生物成像中有著重要的意義，但是它通常需要較高的功率。結(jié)合時(shí)間上展開的超短脈沖可以實(shí)現(xiàn)超快的掃描速度和較深的成像深度，但是其本身所利用的近紅外波段的光會(huì)導(dǎo)致分辨率較低。清華大學(xué)陳宏偉教授和北京大學(xué)席鵬研究員合作研究，結(jié)合了結(jié)構(gòu)光成像和上轉(zhuǎn)化粒子，開發(fā)了一種基于多光子上轉(zhuǎn)化材料和時(shí)間編碼結(jié)構(gòu)光顯微鏡的高速超分辨成像系統(tǒng)(MUTE-SIM)。它可以實(shí)現(xiàn)50MHz的超高的掃描速度，并突破了衍射極限，實(shí)現(xiàn)了超分辨成像。相較于普通的熒光顯微鏡，該顯微鏡提升了，并且只需要較低的激發(fā)功率。這種超快、低功率、多光子的超分辨技術(shù)，在分辨率高的生物深層組織成像上有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。

    從應(yīng)用的行業(yè)來(lái)看，多光子激光掃描顯微鏡主要集中于機(jī)構(gòu)、學(xué)校及醫(yī)院對(duì)生物科學(xué)的研究。與此同時(shí)，光學(xué)玻璃、液晶材料、濾光片、電子元器件等光學(xué)材料則組成了上行業(yè)。處于中游的多光子激光掃描顯微鏡行業(yè)正是受到上下**業(yè)的共同影響，才會(huì)呈現(xiàn)出目前的市場(chǎng)態(tài)勢(shì)。2020年，全球多光子激光掃描顯微鏡市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了，預(yù)計(jì)2027年將達(dá)到，年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）為（2021-2027）。中國(guó)市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)快速，2020年，中國(guó)多光子激光掃描顯微鏡市場(chǎng)收入達(dá)到了，預(yù)計(jì)2027年將達(dá)到，年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）為（2021-2027）。本報(bào)告研究“十三五”期間全球及中國(guó)市場(chǎng)多光子激光掃描顯微鏡的供給和需求情況，以及“十四五”期間行業(yè)發(fā)展預(yù)測(cè)。重點(diǎn)分析全球多光子激光掃描顯微鏡的產(chǎn)能、產(chǎn)量、銷量、收入和增長(zhǎng)潛力，歷史數(shù)據(jù)2016-2020年，預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)2021-2027年。本文同時(shí)著重分析多光子激光掃描顯微鏡行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局，包括全球市場(chǎng)主要廠商競(jìng)爭(zhēng)格局和中國(guó)本土市場(chǎng)主要廠商競(jìng)爭(zhēng)格局，重點(diǎn)分析全球主要廠商多光子激光掃描顯微鏡產(chǎn)值、價(jià)格和市場(chǎng)份額，全球多光子激光掃描顯微鏡產(chǎn)地分布情況等。 多光子顯微鏡能提供多種對(duì)比度機(jī)制。

某種物質(zhì)能產(chǎn)生熒光，首要條件是分子必須具有吸收的結(jié)構(gòu)，即生色團(tuán)（分子中具有吸收特征頻率的光能的基團(tuán)）。其次，該物質(zhì)必須具有一定的量子產(chǎn)率和適宣的環(huán)境。我們把分子中發(fā)射熒光的基團(tuán)稱為熒光團(tuán)。熒光團(tuán)一定是生色團(tuán)，但生色團(tuán)不一定是熒光團(tuán)。因?yàn)?，如果生色團(tuán)的量子產(chǎn)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(lái)，發(fā)射熒光只是其中的一種方式。此外，一種物質(zhì)吸收光的能力及量子產(chǎn)率又與物質(zhì)所處的環(huán)境密切相關(guān)。多光子顯微鏡的大多數(shù)補(bǔ)償器都采用棱鏡。美國(guó)嚙齒類多光子顯微鏡Ultima Investigator

多光子激光掃描顯微鏡已經(jīng)成為了一個(gè)活躍且多產(chǎn)的領(lǐng)域。美國(guó)激光掃描多光子顯微鏡Ultima 2P Plus

比較兩表格中的相關(guān)參數(shù)可以看出，基于分子光學(xué)標(biāo)記的成像技術(shù)已經(jīng)在生物活檢和基因表達(dá)規(guī)律方面展示了較大的優(yōu)勢(shì)。例如，正電子發(fā)射斷層成像（PET）可實(shí)現(xiàn)對(duì)分子代謝的成像，空間分辨率∶1-2mm，時(shí)間分辨率;分鐘量級(jí)。與PET比較，光學(xué)成像的應(yīng)用場(chǎng)合更廣（可測(cè)量更多的參數(shù)，請(qǐng)參見表1-1），且具有更高的時(shí)間分辨率（秒級(jí)），空間分辨率可達(dá)到微米。因此，二者相比，雖然光學(xué)成像在測(cè)量深度方面不及PET，但在測(cè)量參數(shù)種類與時(shí)空分辨率方面有一定優(yōu)勢(shì)。對(duì)于小動(dòng)物（如小白鼠）研究來(lái)說(shuō)，光學(xué)成像技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)小動(dòng)物整體成像和在體基因表達(dá)成像。例如，初步研究表明，熒光介導(dǎo)層析成像可達(dá)到近10cm的測(cè)量深度;基于多光子激發(fā)的顯微成像技術(shù)可望實(shí)現(xiàn)小鼠體內(nèi)基因表達(dá)的實(shí)時(shí)在體成像。美國(guó)激光掃描多光子顯微鏡Ultima 2P Plus