雙光子的來源:飛秒激光的雙光子吸收理論早在1931年就由諾貝爾獎獲得者MariaGoeppertMayer提出，并在30年后因為激光而得到實驗驗證，但WinfriedDenk用了近30年才發(fā)明了雙光子顯微鏡。要理解雙光子的技術挑戰(zhàn)和飛秒激光發(fā)揮的重要作用，首先要理解非線性過程。雙光子吸收相當于和頻產生的非線性過程，需要極高的電場強度，電場取決于聚焦光斑的大小和激光脈沖寬度。聚焦光斑越小，脈沖寬度越窄，雙光子吸收效率越高。對于衍射極限顯微鏡，聚焦在樣品上的光斑大小只與物鏡NA和激光波長有關，所以關鍵變量只有激光脈沖寬度?；谝陨戏治?，能夠輸出高重復率(100MHz)的超短脈沖(100fs量級)的飛秒激光已經成為雙光子顯微鏡的標準激發(fā)光源。這再次顯示了雙光子顯微鏡的優(yōu)勢:雙光子吸收只能在焦平面形成，而在焦平面之外，由于光強較低，無法激發(fā)，所以雙光子成像更清晰。雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器。美國熒光激光雙光子顯微鏡原理

雙光子技術在**診斷應用中具有巨大的潛力，該領域還未形成標準和體系，還仍需要系統(tǒng)的醫(yī)學研究與龐大的**數(shù)據(jù)加以支撐，通過研究人體基于多光子成像技術，進行細胞結構、生化成分、微環(huán)境、組織形態(tài)、代謝功能的影響信息，找到與疾病的細胞學、分子生物學、組織病理學、診斷和特征的關聯(lián)關系，共同探究生理病理基礎和分子細胞生物學機制，篩選鑒定、皮膚病、自身免疫病及其他疑難疾病的診斷及鑒別診斷依據(jù)，建立全新的多光子細胞診斷的完整數(shù)據(jù)庫，定義出針對不同疾病的多光子臨床檢測設備的產品標準。討論環(huán)節(jié)，來自病理科、呼吸中心、心臟科、神經科、皮膚科及研究所的多位醫(yī)師及研究人員紛紛結合各自的工作領域與王愛民副教授展開了熱烈的討論，其中毛發(fā)中心楊頂權主任計劃再次邀請王愛民副教授進行學術交流。通過本次學術交流，病理科與研究所分別與王愛民副教授課題組達成了初步的合作意向。美國熒光激光雙光子顯微鏡原理優(yōu)勢來源于其雙光子光源的非線性光學效應。

WinfriedDenk較初使用的光源是染料飛秒激光器(100fs脈寬、630nm可見光波長)。雖然染料激光器對于實驗室演示尚可，但是使用很不方便所以遠未實現(xiàn)商用。很快雙光子顯微鏡的標配光源就變成了飛秒鈦寶石激光器。除了固態(tài)光源優(yōu)勢，鈦寶石激光器還具有較寬的近紅外波長調諧范圍，而近紅外相比可見光穿透更深，對生物樣品損傷更小。下圖是Thorlabs的雙光子和三光子顯微鏡配置，鈦寶石飛秒可調諧激光器位于平臺較左邊?？茖W家正在從雙光子轉向三光子顯微鏡。1996年，ChrisXu在康奈爾大學(Denk同導師實驗室)讀博期間發(fā)明了三光子顯微鏡，如果雙光子吸收可行，那么三光子看起來也是自然的發(fā)展方向。三光子成像使用更長的波長，大約在1.3和1.7微米，其成像深度也比雙光子更深，目前記錄約為2.2毫米，人類大腦皮層厚約4毫米。相比雙光子顯微鏡，三光子還要求以較低重頻使用更強和更短的激光脈沖，而傳統(tǒng)的鈦寶石激光器難以達到這些要求，但是對于摻鐿光纖飛秒光參量放大器則非常容易，比如我們的Y-Fi光參量放大器(OPA)。

臨研所、病理科和科研處邀請北京大學王愛民副教授在2020年12月22日做了題目為“新一代微型雙光子顯微成像系統(tǒng)介紹及其在臨床**診斷”的學術報告。學術報告由臨研所醫(yī)學實驗研究平臺潘琳老師主持。王愛民，北京大學信息科學技術學院副教授，畢業(yè)于北京大學物理系，獲學士、碩士學位，后于英國巴斯大學物理系獲博士學位。該研究組研發(fā)的微型雙光子顯微鏡，第1次在國際上獲得了小鼠大腦神經元和神經突觸清晰穩(wěn)定的動態(tài)信號，該成果獲得了2017年度“中國光學進展”和“中國科學進展”，并被NatureMethods評為2018年度“年度方法--無限制行為動物成像”。目前，該研究組正在研究新一代雙光子顯微成像技術在臨床診斷中的應用，為未來即時病理、離體組織檢測、術中診斷等提供新的影像手段和分析方法。雙光子顯微鏡可以進行厚的組織樣品拍攝。

雙光子顯微鏡(2PM)可以對鈣離子傳感器和谷氨酸傳感器進行亞細胞分辨率的成像，從而測量不透明腦深部的活動。成像膜的電壓變化可以直接反映神經元的活動，但神經元活動的速度對于常規(guī)的2PM來說太快了。目前，電壓成像主要由寬視場顯微鏡實現(xiàn)，但其空間分辨率較差，且只能在淺深度成像。因此，為了以高空間分辨率成像不透明腦中膜電壓的變化，需要將成像速率提高2PM。面向模塊輸出端的子脈沖序列可視為從虛擬光源陣列發(fā)出的光，這些子脈沖在中繼到顯微鏡物鏡后形成空間分離和時間延遲的聚焦陣列。然后，該模塊被集成到一個帶有高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的標準雙光子熒光顯微鏡中，如圖2所示。光源是重復頻率為1MHz的920nm激光器。FACED模塊可以產生80個脈沖焦點，脈沖時間間隔為2ns。這些焦點是虛擬源的圖像。虛光源越遠，物鏡處的光束尺寸越大，焦點越小。光束可以沿Y軸比沿X軸更好地填充物鏡，從而在X軸上產生0.82m和0.35m的橫向分辨率。雙光子顯微鏡大量運營在實驗室當中；國內熒光激光雙光子顯微鏡熒光壽命計數(shù)

雙光子顯微鏡已延伸到各個領域研究中，它能對樣品進行三維觀察。美國熒光激光雙光子顯微鏡原理

雙光子顯微鏡是一種先進的成像技術，可以在保持細胞活性的情況下，對深層組織進行高分辨率成像。它主要用于生物學、醫(yī)學和材料科學等領域的研究。雙光子顯微鏡的重心技術是基于雙光子激發(fā)的熒光成像。當激光通過樣品時，它會吸收特定波長的光子，然后發(fā)出熒光。雙光子顯微鏡使用兩個連續(xù)的光子同時激發(fā)樣品，這樣可以在保持樣品完整性的同時，獲得高質量的圖像。雙光子顯微鏡具有以下優(yōu)點：1.高分辨率：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。2.深層成像：由于激光的穿透深度限制，傳統(tǒng)的光學顯微鏡無法對深層組織進行成像。而雙光子顯微鏡可以解決這個問題，因為它可以激發(fā)樣品的深層熒光。3.活細胞成像：雙光子顯微鏡可以在保持細胞活性的情況下進行成像，這對于研究細胞生理學和生物化學過程非常有用。4.多模式成像：雙光子顯微鏡可以結合多種技術，如光譜成像、鈣離子成像和神經活動成像等，以提供更豐富的生物樣品信息。總之，雙光子顯微鏡是一種強大的研究工具，可以對深層組織和活細胞進行無損成像。這使得它在生物學、醫(yī)學和材料科學等領域的研究中具有廣泛的應用。美國熒光激光雙光子顯微鏡原理