近年来,使用透明电介质微球可以在传统显微镜下实现超分辨成像,这种新的超分辨成像技术为亚衍射极限样品以及生物组织的无标记、大范围、实时超分辨成像提供了一种新的实现方法。本文在理论分析了不同参数微球的成像机理的基础上,设计了一款一体化微球物镜,搭建了相应的超分辨成像系统。实现了可控区域、非接触、实时无损伤超分辨成像,极大提高了原物镜的成像性能。本文的主要研究内容和创新点如下:1.开展了基于微球的超分辨成像机理研究。建立数学模型,从波动光学角度分析了微球的聚焦光学特性,分别探究了微球的浸没深度、微球直径和折射率对微球成像能力的影响规律,讨论了不同使用场合下微球参数的选择标准。2.结合现有的传统显微镜设计电控微球组件,实现了白光下无标记、可控区域的超分辨成像。在不改变传统显微系统的前提下,该组件可以搭配显微镜上的普通物镜(40×,NA0.6)使用,通过步进电机控制微球、物镜和样品三者之间的距离,极大提高了原有物镜性能。3.设计并实现了一种基于一体化微球物镜的超分辨显微成像系统,实现了无损伤、可控区域的实时超分辨显微成像。利用自制金属套筒将微球与普通物镜整合一体化,极大提升了物镜成像性能,将普通显微物镜(40×,NA0.6)的分辨率能力提高了4.78倍,最高可以观测到100nm的样品特征。该物镜可以搭配传统光学显微系统使用,实现超分辨成像,极大提高了微球超分辨技术的通用性。4.搭建侧视成像反馈系统,利用COMS相机和可调焦镜头搭配电动位移台精准控制微球、物镜和样品三者之间距离,调节成像参数以实现超分辨成像。同时探究了微球在不同工作距离下,放大倍数、图像对比度等成像参数的变化情况。5.使用自主开发的一体化微球物镜制作方式制作了一体化微球物镜。主要使用了自制旋涂仪、加热台、电动纳米位移台、侧视成像系统等设备或组件。利用这些组件可以简单快捷、低成本地制作结合不同参数微球的一体化微球物镜。所制作的微球物镜结构性能稳定,可重复多次使用。