大腦深部區域與基本生命功能密切相關，在各種神經疾病中均觀察到深部大腦的結構和功能異常，例如帕金森病、阿爾茨海默癥、抑郁癥和強迫癥等。但在嚙齒類動物研究模型中，由于神經組織，特別是胼胝體，具有對光的高散射光學特性。如何突破成像深度極限，在自由活動動物上對距離腦表層深度＞1 mm的結構進行成像存在極大的挑戰。三光子成像技術的出現將成像深度大大擴展至1500 μm，為非侵入式深腦成像帶來了曙光。
   
解析腦連接圖譜和功能動態圖譜是我國和世界多國腦計劃的一個重點研究方向，但傳統的多光子顯微鏡進行常規腦成像通常需要將動物的頭部固定在臺式顯微鏡上，這嚴重限制了模式動物的自由生理狀態。為此需要打造自由行為動物佩戴式顯微成像類研究工具。

※ 2017年，北京大學程和平院士團隊成功研制第一代 2.2g微型化雙光子顯微鏡，獲取了小鼠在自由行為過程中大腦皮層神經元和神經突觸活動的動態圖像。
※ 2021年，該團隊的第二代微型化雙光子顯微鏡將成像視野擴大了 7.8 倍，同時具備獲取大腦皮層上千個神經元功能信號的三維成像能力。
※2023年2月，北京大學程和平-王愛民團隊再一次實現技術突破，將微型化探頭與三光子成像技術結合，并在 Nature Methods 發表文章 “Miniature three-photon microscopy maximized for scattered fluorescence collection  ”。文章報道了僅2.17g的微型化三光子顯微鏡，首次實現對自由行為小鼠的大腦全皮層和海馬神經元功能成像，為揭示大腦深部結構中的神經機制開啟了新的研究范式。   依托專業的研發團隊和深厚的技術積淀，SUPERNOVA-3000應運而生。SUPERNOVA-3000通過高度集成化、系統化、工業化設計將微型化探頭的重量控制在2.2g。搭配獨有的光學設計突破微型化顯微鏡的成像深度極限，在全球范圍內開創性構建自由行為動物深腦成像“新范式”。
 
Go deeper
利用五階非線性效應以及穿透力更強的激發熒光（1300 nm），一舉突破此前微型化多光子顯微鏡的成像深度極限。  
顯微鏡激發光路可以穿透整個小鼠大腦皮層和胼胝體，實現對小鼠海馬CA1亞區形態及功能的直接觀測記錄。神經元鈣信號最大成像深度可達1.2 mm，血管成像深度可達1.4 mm。
   
More Freedom
●2.2g新型微型化探頭
微型化探頭通過新型內嵌阿貝聚光鏡復合式光學構型，體積僅2 × 1.6 × 0.9 cm³，實現飛秒激光脈沖無畸變傳輸、高質量激光匯聚、高效率熒光收集和激發。開創性的將三光子光學組件高度集成在一個微型化探頭內。同時外殼使用超輕金屬，重量僅2.2g既輕盈又堅固，搭配電動變焦模塊、定制光纖、光屏蔽GaAsP PMT，保證了對自由運動小鼠深腦神經活動的高穩定性、高分辨成像。
●激光傳導光纖--空芯光子帶隙光纖
系列光纖均具有準單模傳輸、低損耗、低非線性、低色散、高激光器損傷閾值的特點。高效率傳輸1300 nm飛秒脈沖激光，將空間光路轉變為光纖傳輸，強抗彎折性能，使自由運動下觀察成為可能。
Less damage
●非侵入式手術
◆深腦成像避免使用GRIN Lens，對小鼠大腦損傷更小，避免影響小鼠正常神經生理狀態
◆無GRIN Lens，成本更低
◆手術便捷，成功率更高 

●超低光毒性
散射熒光增強收集系統——深腦超低功率成像
SUPERNOVA-3000創新的使用微型阿貝聚光鏡與無限遠物鏡密接提高散射光的收集效率，李斯特微型管鏡復用簡化結構，優化光路設計，提高熒光收集效率的同時，保證了大視場分辨率。總體上，散射熒光增強收集構型使微型化顯微鏡的散射熒光收集效率實現了成倍的提升，實現了在超低成像功率下對自由運動小鼠大腦深部腦區神經元活動進行實時監測。
基于散射熒光增強收集構型，實現全皮層鈣信號成像僅需幾個毫瓦，海馬鈣信號成像僅需要幾十毫瓦，大大低于組織損傷的安全閾值。因此，SUPERNOVA-3000可以長時間、不間斷連續觀測神經元功能活動，且不產生明顯的光漂白與光損傷。  
動物自由運動成像
●行為學實驗下的小鼠頂葉后皮質 L6（PPC L6）的神經元鈣活動（成像深度650 μm）
微型化三光子顯微鏡可以搭配不同行為學實驗的深部腦區進行單細胞級的穩定高時空分辨率成像，滿足實時監測單個神經元的活動，結構變化以及不同功能神經元分類等實驗需求。 ●長時程監測自由運動小鼠大腦海馬CA1亞區的神經元鈣活動（成像深度978 μm）