Успешное развитие прикладных применений, в основе которых лежит двухфотонное взаимодействие лазерного излучения с органическими и биологическими молекулами позволяет сформировать научное направление - двухфотонную фотобиофизику, опирающееся на достижения лазерной физики, нелинейной оптики и биофизики. Задачей двухфотонной фотобиофизики является научное обеспечение следующих прикладных применений: 1. Двухфотонное фотовозбуждение красителей в фотодинамической терапии опухолей, существенно увеличивающее глубину проникновения лазерного излучения в биологические ткани с уменьшением световой нагрузки на здоровые ткани. 2. Двухфотонное фотовозбуждение красителей при фотодинамическом уничтожении бактерий (на примере бактерий Salmonella). 3. Внутритканевая двухфотонная активация лекарственных препаратов. 4. Конфокальная флуоресцентная лазерная микроскопия с двухфотонным возбуждением, позволяющая получать объемные изображения биологических объектов с высоким аксиальным и латеральным разрешением. 5. Использование двухфотонньгх зондов в аналитических целях. Существенное снижение предела детектирования флуоресцентно-меченньк молекул с использованием двухфотонного возбуждения (до 1000 молекул, тогда как при линейном возбуждении - 10^s - 10⁶ молекул в объеме). 6. Двухфотонное взаимодействие лазерного излучения с биологическими молекулами, органами и тканями в лазерной медицине. Двухфотонное возбуждение как побочный эффект лазерного воздействия. Прикладные применения двухфотонного поглощения основаны на взаимодействии излучения с молекулами с высоким сечением двухфотонного поглощения (ДФП). Такими молекулами могут быть органические красители избирательно накапливающиеся в опухолях (гематопорфирин, фталоцианин и т.п.), красители се-лективно взаимодействующие с бактериями (8-МОП), флуороген-меченные нейротрансмиттеры (брадикинин, энкефалин); двухфотонные флуоресцентные зонды, вводимые в клетку для увеличения контраста и разрешения в конфокальной флуоресцентной микроскопии, а также биологические молекулы, способные поглощать лазерное излучение по двухфотонному механизму (ароматические аминокислоты, белки, нуклеотиды, ДНК). Вероятность двухфотонного процесса определяется параметрами лазерного излучения (интенсивность, плотность мощности, поляризация) и структурой молекул (сечение двухфотонного поглощения). Двухфотонное поглощение реально проявляется при плотностях мощности 10 Вт/см и его роль и биологическое значение возрастает, учитывая тенденцию к использованию все более мощных лазеров. Сечения двухфотонного поглощения органических молекул составляют 10^-48 - 10^-53 см⁴ с/фот мол или 100 - 0,001 ГМ (Гепперт Майер, 1ГM=10^-50 см⁴ с/фот мол). Прямое измерение сечений ДФП биологических молекул через долю поглощенного светового потока, практически невозможно, т.к. эта доля (< 0,001%) соизмерима с пространственными и временными флуктуациями лазерного излучения. Для люминесцирующих биологических молекул двухфотонное поглощение удобно регистрировать через вторичный процесс - двухфотонно-возбуждаемую люминесценцию (ДФВЛ). Интенсивность ДФВЛ пропорциональна сечению ДФП и квадрату интенсивности возбуждающего излучения (квадратичная зависимость от возбуждения позволяет четко идентифицировать природу ДФВЛ). В этом случае сечение ДФП может быть измерено путем сравнения интенсивностей ДФВЛ исследуемого вещества и эталона при возбуждении одним и тем же лазерным источником (метод двухквантового эталона). Приведены результаты собственных измерений сечений ДФП более чем 25 биологических и органических молекул, а также наиболее полная сводная таблица литературных данных сечений ДФП органических молекул. Так как в ряде прикладных применений регистрируется двухфотонно-возбуждаемая люминесценция, предлагается использовать в качестве критерия отбора параметр м - эффективность ДФВЛ, численно равный произведению квантового выхода на сечение ДФП, деленный на 1 ГМ. Вещества с м > 100 предлагается называть сильными квадрофорами, а с м < 1 - слабыми квадрофорами. Биологические молекулы являются слабыми квадрофорами. Вместе с тем, возможно обнаружение среди биологических молекул сильных квадрофоров (пикобилипротеин). Перспективными объектами для двухфотонной спектроскопии являются антенные белки, пигменты и компоненты фоточувствительных рецепторов.