Ca2+是一種重要的第二信使，在調節細胞生理反應中起著重要作用。發展和利用雙光子熒光顯微成像技術觀測Ca2+熒光信號，可以從某些方面分析生物體或細胞的變化機制，具有重要意義。利用雙光子熒光顯微成像技術，我們可以觀察到細胞內熒光探針標記的Ca2*的時間和空間熒光圖像的變化，也可以觀察到一定水平或部分細胞內(Ca2+)的熒光圖像和變化。通過對單個細胞的研究發現，Ca2+的分布不僅在細胞的局部區域之間是不均勻的，而且在細胞內不同深度或層次的局部區域之間也存在不同程度的Ca2+梯度，稱為空間Ca2+梯度。利用多光子顯微鏡的光遺傳學操作能力，我們可以對某類神經元的ji活和失活進行高精度的操作。美國模塊化多光子顯微鏡實驗操作

要想實現離散的軸向重新聚焦，需要在OBJ1的焦平面中放置一個階梯鏡（圖3b）。當入射激光束被OBJ1聚焦到的焦平面恰好與階梯重合時，被反射的激光將在無窮大的空間中成為準直光束，并在OBJ2的焦平面上形成激光光斑。并且返回的激光束會被GSM消除橫向掃描，即OBJ2形成的焦點不會進行橫向掃描，實現軸向掃描。如果激光點被掃描到與焦平面不一致的階梯，則會形成遠離鏡面的激光焦點，返回的激光束會在無窮大的空間中會聚或發散，進而導致由OBJ2形成的激光焦點也在軸向重新聚焦，通過這種方式即能實現離散的軸向掃描。對于已精確匹配兩個物鏡光瞳的光學裝置，不會引入像差。為了進行連續的軸向重新聚焦，將階梯鏡替換為稍微傾斜的平面鏡，同時入射的激光焦點也需要被傾斜，使得其以垂直于鏡面的方向入射，通過相對入射激光束稍微平移OBJ1即可實現這種傾斜。美國高速高分辨率多光子顯微鏡方案融合光譜技術，多光子顯微鏡實現更豐富的生物組織信息獲取。

2020年，JianglaiWu等人提出提高2PM橫向掃描速率的裝置，稱為FACED（free-spaceangular-chirp-enhanceddelay）。圓柱透鏡將激光束一維聚焦，會聚角為Δθ。光束進入到一對幾乎平行的高反射鏡中，其間距為S，偏角為α。經過反射鏡多次反射后，激光脈沖被分成多個傳播方向不同的子脈沖（N=Δθ/α），脈沖間以2S/c的時間延遲（c，光速）回射。FACED模塊輸出處的子脈沖序列可以看作從虛擬光源陣列發出的光，這些子脈沖在中繼到顯微鏡物鏡后形成了一個空間上分離且時間延遲的焦點陣列。然后將該模塊并入具有高速數據采集系統的標準雙光子熒光顯微鏡中。光源是具有1MHz重復頻率的920nm的激光器，通過FACED模塊可產生80個脈沖焦點，其脈沖時間間隔為2ns。這些焦點是虛擬源的圖像，虛擬源越遠，物鏡處的光束尺寸越大，焦點越小。光束沿y軸比x軸能更好地充滿物鏡，從而導致x軸的橫向分辨率為0.82μm，y軸的橫向分辨率為0.35μm。

比較兩表格中的相關參數可以看出，基于分子光學標記的成像技術已經在生物活檢和基因表達規律方面展示了較大的優勢。例如，正電子發射斷層成像（PET）可實現對分子代謝的成像，空間分辨率∶1-2mm，時間分辨率;分鐘量級。與PET比較，光學成像的應用場合更廣（可測量更多的參數，請參見表1-1），且具有更高的時間分辨率（秒級），空間分辨率可達到微米。因此，二者相比，雖然光學成像在測量深度方面不及PET，但在測量參數種類與時空分辨率方面有一定優勢。對于小動物（如小白鼠）研究來說，光學成像技術可以實現小動物整體成像和在體基因表達成像。例如，初步研究表明，熒光介導層析成像可達到近10cm的測量深度;基于多光子激發的顯微成像技術可望實現小鼠體內基因表達的實時在體成像。利用多光子顯微鏡的多點光ji活能力，我們可以研究多個神經細胞之間的連接和控制。

隨著生物分子光學標記技術的不斷進步，光學技術在揭示生命活動基本規律的研究中正發揮越來越重要的作用，也為醫學診療提供了更多、更有效的手段。生物醫學光學（BiomedicalOptics）是近年來受到國際光學界和生物醫學界關注的研究熱點，在生物活檢、光動力、細胞結構與功能檢測、基因表達規律的在體研究等問題上取得了一系列研究成果，目前正在從宏觀到微觀上對大腦活動與功能進行多層面的研究。細胞重大生命活動（包括細胞增殖、分化、凋亡及信號轉導）的發生和調節是通過生物大分子間（如蛋白質-蛋白質、蛋白質-核酸等）相互作用來實現的。蛋白質作為基因調控的產物，與細胞和機體生理過程代謝直接相關，深入研究基因表達及蛋白質-蛋白質相互作用不僅能揭示生命活動的基本規律，同時也能深入了解疾病發生的分子機理，進而為尋找更有效的藥物分子、提高藥物篩選和藥物設計的效率提供新的方法和思路。多光子顯微鏡，突破光學成像技術極限，開啟生命科學新紀元。美國bruker多光子顯微鏡Ultima 2P Plus

多光子顯微鏡，提高樣品成像質量，降低樣品損害程度。美國模塊化多光子顯微鏡實驗操作

細胞在受到外界刺激時，隨著刺激時間的增長，即使刺激繼續存在，Ca2+熒光信號不但不會繼續增強，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，研究發現，配了在粘著過程中，Ca2+熒光信號未發生任何變化，而配子之間發生融合作用時，Ca2+熒光信號強度卻會出現一個不穩定的峰值，并可持續幾分鐘。這些現象，對研究受精發育的早期信號及Ca2+在卵細胞和受精卵的發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生很強的變化。美國模塊化多光子顯微鏡實驗操作