荧光寿命显微成像（FLIM）已经广泛应用于生命科学研究领域，具有高灵敏和高特异性的特点，在对组织微环境进行定量表征方面具有独特优势，但由于成像速度相对较慢，限制了FLIM的活体应用。近年来，随着光电子器件和人工智能等技术的发展，开启了FLIM活体成像新篇章。介绍通过优化硬件和算法两方面提升时域和频域FLIM技术的成像速度，以及其在生物医学基础研究和临床疾病诊断中的应用研究进展。最后，对活体FLIM成像的未来发展进行展望。

介绍各种非线性光学显微成像的基本原理，并阐述非线性光学成像的多模态耦合所面临的技术挑战与解决方案。从成像速度、空间分辨率以及信噪比三个方面介绍了多模态非线性光学成像的研究进展，并扩展了多模态非线性光学内窥镜和图像分析方法。最后展望了多模态非线性光学成像的发展趋势和所面临的挑战，以期给相关领域研究人员提供参考。

荧光寿命显微成像（FLIM）常用来检测活细胞内荧光基团的寿命信息，以实现微观定量分析。荧光共振能量转移（FRET）可用来表征能量从供体荧光分子到受体荧光分子的传递过程。将FLIM技术与FRET结合（FLIM-FRET），可以监测活细胞中蛋白质的相互作用、亚细胞器的动态过程等。构建了以细胞膜上转染的绿色荧光蛋白（sfGFP）为供体、以阿霉素（DOX）为受体的FRET纳米体系，利用双光子激发荧光寿命显微成像（TP-FLIM）系统，通过监测FRET纳米体系中供体荧光寿命的变化，研究了药物DOX在细胞中的递送机制和运输效率。此外，进一步采用四种内吞途径抑制剂，对纳米药物的内吞途径进行了评估。结果证明，牛血清白蛋白（BSA）包裹的DOX（BSA-DOX）纳米颗粒通过网格蛋白介导的内吞作用进入细胞。揭示了BSA-DOX纳米颗粒通过网格蛋白介导的内吞作用进入细胞的动态过程。研究表明，FLIM-FRET技术结合定量分析方法可用于区分小分子药物和纳米颗粒与细胞作用的异同。

贝塞尔光束在生物组织中的传输易受到样品散射的影响，从而削弱其自重建能力。本文将生物组织建模为折射率弱波动的湍流模型，在弱散射近似下，结合角谱理论及逐步传输算法对贝塞尔光束在生物组织中的传输及自重建过程进行了理论模拟。利用空间光调制器加载涡旋光束相位和轴棱锥相位的叠加相位全息图来调制高斯光束，以产生可调控的贝塞尔光束。结果表明：贝塞尔光束经过生物组织的相位扰动后，重建光束的无衍射距离大大缩短，光强远低于原光束，且生物组织越厚，重建光束的光强越低；轴棱锥的锥角决定了重建贝塞尔光束的中心亮斑或最内环形旁瓣的尺寸，但对重建贝塞尔光束无衍射距离的影响不大；同时，低阶贝塞尔光束展现出了更好的自重建能力。

相干拉曼散射显微技术作为一种新型的成像技术,具有无标记、高特异性、非侵入等优点,已被广泛用于化学结构及物质成分分析。近年来,光子学、生物医学和显微成像技术等领域的相互交叉和融合发展,极大地推动了相干拉曼散射显微成像技术在生物医学领域的应用。简要介绍了相干拉曼散射显微成像的基本原理、分类、系统构成,同时概述了相干拉曼散射显微成像技术近年来在生物医学领域的应用,包括检测、脂类分析和蛋白质构象变化等,最后对其未来发展进行了展望。

无标记显微成像技术包括光学相干层析、光声成像、非线性成像和微球透镜成像等技术。概述了目前常用的无标记显微成像技术,并对各种传统和先进的成像原理进行了总结。详细介绍了各种无标记成像技术的优缺点和最新研究进展,以及此类成像技术在各领域的应用,并对基于无标记显微技术的多模态成像技术的未来发展进行了展望。

本论文构建了基于近红外量子点InP/ZnS和Cy7(C45H44K3N3O16S4)的荧光共振能量转移(FRET)体系, 完成了不同pH值和不同浓度下的FRET体系转换效率的检测。检测结果显示: 当量子点浓度保持不变时, 随着染料浓度的增加, 体系转换效率也随之增加, 当InP/ZnS量子点与Cy7浓度比为1∶250时, 转换效率高达68%。细胞测试结果表明, FRET体系对pH值有较高敏感度, 对细胞微环境pH值的检测精度可达01, 该体系可以作为敏感型FRET探针用于生物微环境检测。