近二十年,超分辨显微成像技术成为光学显微镜研究的最热门方向,尤其在2014年诺贝尔化学奖颁给了三位对超分辨荧光显微成像技术做出突出贡献的科学家以后,超分辨显微成像技术以其突破光学衍射极限的分辨率,受到了生物学、化学和材料科学领域内大量研究人员的关注,利用该成像技术来解决各自领域内的棘手问题。膨胀显微镜是一种新兴的超分辨荧光显微成像技术,其实现超分辨成像的方法不同于传统的超分辨荧光显微成像技术,传统的超分辨荧光显微成像技术通过改造显微镜的激发光光束或者成像后大量的数据处理,来突破衍射极限,实现超分辨成像,通常需要昂贵的光学仪器或者大量的后期数据处理。膨胀显微镜通过物理的方法使样品各向同性的扩张,放大样品荧光分子之间的距离,采用传统的荧光显微镜成像,不需要昂贵的光学仪器或者大量的后期数据处理,虽然成像的过程中依旧受光学衍射极限的限制,但是样品荧光分子之间的距离变大了,图像的分辨率会随之提高,从而使解析样品的图像分辨率突破200 nm,实现超分辨成像。正是因为膨胀显微镜从样品的层面实现超分辨成像,使得该成像技术可以很好的与各种光学显微镜相融合,包括传统的超分辨成像技术,该成像技术或许会成为超分辨成像领域研究的下一个热点方向。由于光线的衍射,导致光学显微镜多年以来难以突破衍射极限,限制了光线显微镜的成像分辨率,提高光学显微镜的成像分辨率依旧是显微镜研究的热点方向。在第2章中,我们以亚分辨率的荧光微球为样品,测定了共聚焦显微镜的点扩散函数,并以该点扩散函数的半峰全宽来评估该台显微镜的成像分辨率,对于该共聚焦显微镜的60Χ物镜（NA:1.4油浸）,其x轴方向分辨率为270 nm,y轴方向分辨率为260 nm,z轴方向分辨率为550 nm,评估了该共聚焦显微镜的成像质量,为后期工作的开展打下基础。另外,我们以细胞的微管蛋白为模型,利用去卷积算法来对图像复原,通过测定微管蛋白的半峰全宽,来评估图像去卷积前后的分辨率,数据统计显示,去卷积后图像微管蛋白的半峰全宽极其显著地小于原始图像微管蛋白的半峰全宽,说明图像去卷积有效地提高图像对比度和分辨率。膨胀显微镜基于水凝胶带动样品各向同性的扩张,来实现超分辨成像,主流的膨胀显微镜只能实现4倍的样品扩张和～70 nm的横向分辨率,并且,这种新颖的超分辨成像技术在不同扩张系数下的表现依旧缺少系统的研究。在第3章中,我们通过调整交联剂的浓度,来改变水凝胶网络的交联密度,考查了水凝胶在不同交联剂（N,N’-亚甲基双丙烯酰胺,MBAA）浓度下的扩张系数。然后,利用不同交联剂的水凝胶,实现了3.6-5.7倍的样品扩张,系统地考察了膨胀显微镜在不同扩张系数下的表现,包括荧光保留、扩张形变和微管蛋白的半峰全宽,并在此基础上,提出了0.06%-MBAA膨胀显微镜。0.06%-MBAA膨胀显微镜揭示微管蛋白的精细结构,实现了5.7倍的样品扩张和～50 nm的横向分辨率。最后,我们将0.06%-MBAA膨胀显微镜用于网格蛋白成像,传统荧光显微镜中无法显示的网格蛋白小窝,在0.06%-MBAA膨胀显微镜图像中清晰的显示了出来,证明了其强大的横向分辨率。膨胀显微镜基于样品扩张来实现超分辨成像,这个过程需要锚定目标物,消化细胞骨架和细胞的交联网络,以及扩张样品,那么就不可避免地带来荧光信号的减弱或丢失,从而降低成像的对比度。在第4章中,我们利用DNA杂交的特异性和易于实现信号放大的特点,在免疫染色的二抗抗体上标记DNA序列,并用该DNA序列来触发杂交链式反应（hybridization chain reaction,HCR）,开发了免疫-HCR染色,这种染色方法显著地增加了荧光信号强度,提高了成像的对比度。然后,我们将免疫-HCR染色用于膨胀显微镜,成像结果清晰地展示了微管蛋白的网络结构,实现了3.6倍的样品扩张和整体上小于测量距离3%的扩张形变,将显微镜的分辨率提高了一倍左右,显著地提高了膨胀显微镜的成像对比度,解决了膨胀显微镜成像对比度不高的问题。近几年,随着DNA纳米技术的发展,利用DNA互补杂交的特异性和可预测性,合成了各种各样的DNA纳米结构,基于DNA链置换反应设计了很多DNA动态纳米装置,像DNA步行者、DNA马达、DNA分子机器,并且将这些DNA纳米装置用于分析检测和诊断治疗,然而,细胞膜上DNA纳米装置却鲜有报道。在第5章中,我们在细胞膜上设计了一系列的催化发夹自组装（catalytic hairpin assembly,CHA）反应,分别用单催化链、双催化链和锚定催化链来引发细胞膜上CHA自组装,通过流式细胞仪数据和共聚焦荧光显微镜成像,证明了双催化链在细胞膜上的随机运动,开发了一个细胞膜上的DNA步行者。另外,我们还设计了一个细胞膜上的DNA马达,并且将该DNA马达成功的用于识别细胞膜上的靶标物质。我们的工作在一定程度上解决了DNA探针在细胞膜上的稳定性问题,为细胞膜上DNA动态装置的开发提供了思路,很有可能会促进细胞膜上DNA步行者的研究,也可能会应用于鉴别细胞种类、调控细胞功能和操纵细胞。