現代分子生物學技術的迅速發展和科技的進步，特別是隨著后基因組時代的到來，人們已經能夠根據需要建立各種細胞模型，為在體研究基因表達規律、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，但仍然不能實現對蛋白質和基因活動的實時、動態監測。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生可逆的、動態的變化。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，發展能用于、動態、實時、連續監測蛋白質和基因活動的方法是非常必要的。精確測量細胞結構與功能，多光子顯微鏡技術走在科技前沿。高速高分辨率多光子顯微鏡Ultima Investigator

快速光柵掃描有多種實現方式，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，現可使用空間光調制器（SLM）代替。遠程聚焦也是一種實現3D成像的手段，如圖2所示。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系統需要依賴于遠程聚焦、SLM和可調電動透鏡。高速高分辨率多光子顯微鏡Ultima Investigator由于光的波長有限，光子顯微鏡的分辨率受到限制，無法觀察到更小的結構和細胞器。

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，在現代分子生物學技術基礎上，急需發展新的成像技術。在動物體內，如何實現基因表達及蛋白質之間相五作用的實時在體成像監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律、認識疾病的發展規律，而且對創新藥物研究、藥物療效評價以及發展疾病早期診斷技術等產生重大影響。

2020年，TonmoyChakraborty等人提出了加速2PM軸向掃描速度的方法[2]。在光學顯微鏡中，物鏡或樣品緩慢的軸向掃描速度限制了體成像的速度。近年來，通過使用遠程聚焦技術或電調諧透鏡(ETL)已經實現了快速軸向掃描。但遠程對焦時對反射鏡的機械驅動會限制軸向掃描速度，ETL會引入球差和高階像差，無法進行高分辨率成像。為了克服這些限制，該小組引入了一種新的光學設計，可以將橫向掃描轉換為無球面像差的軸向掃描，以實現高分辨率成像。有兩種方法可以實現這種設計。***個可以執行離散的軸向掃描，另一個可以執行連續的軸向掃描。如圖3a所示，特定裝置由兩個垂直臂組成，每個臂具有4F望遠鏡和物鏡。遠程聚焦臂由振鏡掃描鏡(GSM)和空氣物鏡(OBJ1)組成，另一個臂(稱為照明臂)由浸沒物鏡(OBJ2)組成。兩個臂對齊，使得GSM與兩個物鏡的后焦平面共軛。準直后的激光束經偏振分束器反射進入遠程聚焦臂，由GSM進行掃描，使OBJ1產生的激光焦點可以進行水平掃描。多光子顯微鏡，實現無創、無標記的生物組織觀測方案。

當細胞受到外界刺激時，隨著刺激時間的增加，即使繼續刺激，Ca2+熒光信號也不會繼續增強，反而會減弱，直至恢復到無刺激時的水平。對于細胞受精過程中Ca2+熒光信號的變化，發現粘附過程中Ca2+熒光信號沒有變化，但當配子融合時，Ca2+熒光信號強度出現一個不穩定的峰值，持續數分鐘。這些現象對于研究受精發育的早期信號以及Ca2+在卵子和受精卵發育中的作用具有重要意義。在其他生理過程中，如細胞分裂和胞吐，Ca2+熒光信號的強度也會發生很大的變化。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。美國共聚焦多光子顯微鏡配置

融合先進激光技術，多光子顯微鏡實現高速、高清晰度成像。高速高分辨率多光子顯微鏡Ultima Investigator

    多光子激光掃描顯微鏡行業發展，世界多光子激光掃描顯微鏡產業主要布局在德國和日本，德國是以徠卡顯微系統和蔡司為，而日本以尼康和奧林巴斯公司為，2020年，上述企業占據著世界多光子激光掃描顯微鏡市場64.44%的市場份額，其發展戰略左右著多光子激光掃描顯微鏡市場的走向。目前世界市場對多光子激光掃描顯微鏡的需求在增長，中國市場這方面的需求增長更快，未來五年多光子激光掃描顯微鏡市場的發展在中國將具有很大的發展潛力。高速高分辨率多光子顯微鏡Ultima Investigator