熒光顯微鏡原理是通過激發式光源，將光學顯微鏡與化合物的熒光染料發射相結合的一種顯微觀察模式。當今生物學中使用的多數熒光顯微鏡為落射熒光顯微鏡。

熒光顯微鏡 主要用于研究有機物和無機物等樣品 ，一般使用熒光和磷光來檢查樣品的結構組織和空間分布比較適用于研究比較復雜且無法在傳統透射光顯微鏡下檢查的樣品。熒光顯微鏡與傳統顯微鏡的區別主要有兩方面別。一種是光源類型不同，另一種是使用的濾光片元件不同。
 

強大的光源（氙氣燈或水銀弧光燈）：水銀弧光燈發出的光比大多數白熾燈亮 10-100 倍，并提供從紫外線到紅外線的各種波長的光。

激發濾光片：激發濾光片的目的是濾除光源的所有波長，被檢熒光團的激發范圍除外。圖像的亮度和亮度由濾光片的最小透射百分比決定。理想的透射率> 85%。

分色鏡（分束器）：分色鏡或分束器以 45° 角放置在激發濾光片和發射濾光片之間。二向色濾光片的功能是將激發信號反射到熒光團，并將發射信號傳輸到檢測器。

發射濾光片：發射濾光片位于熒光顯微鏡的成像路徑內。它的工作是過濾掉整個激發范圍并傳輸被檢查熒光團的發射范圍。

物鏡：物鏡的目的是將光傳輸到樣品上以形成圖像。光在到達物鏡之前穿過分色鏡。

攝像系統：攝像系統有助于以高分辨率記錄標本的圖像。系統中經常使用CCD（電荷耦合器件）相機。這些電子倍增相機擅長在不損失靈敏度的情況下對單光子事件進行成像。它們不需要圖像增強器，并且可以高速捕獲圖像。

熒光顯微鏡可用于生物學、生物醫學和材料科學。熒光顯微鏡有助于準確和詳細地識別細胞和亞微觀細胞成分。

熒光顯微鏡的也被廣泛用于組織化學領域，以檢測常規顯微鏡無法看到的顆粒，例如神經遞質胺。

它在食品化學中用于評估產品中特定食品成分的存在、結構組織和空間分布。

還有一種熒光散斑顯微鏡。它是一種使用熒光標記的大分子組裝體（例如細胞骨架蛋白）來研究運動和周轉率的技術。

熒光顯微鏡染色也會在礦物學領域使用。它通常用于研究煤炭、氧化石墨烯等礦物。

它還廣泛用于紡織工業來分析纖維尺寸。落射熒光顯微鏡有助于研究基于纖維的材料，包括紙張和紡織品。

不僅如此熒光顯微鏡的使用還可以用于熒光染料研究陶瓷孔隙率以及半導體研究領域。

熒光顯微鏡使用高的強度近單色照明，常見廣源主要有4種，即：帶有激發濾光片的氙弧燈或汞蒸氣燈、超連續光源、大功率 LED 或激光器。 激光是共聚焦顯微鏡、全內反射熒光顯微鏡 和其他復雜技術的常見選擇 。在使用寬場落射熒光顯微鏡的情況下，一般用氙燈、汞燈或帶二向色激發濾光片的 LED 較合適。寬視場落射熒光顯微鏡照明路徑中的兩個微透鏡陣列可以產生1%到2%的照明變化系數，具有較高的均勻性。
 

適用于熒光顯微鏡的樣品必須是熒光的才能適用于熒光顯微鏡檢查，熒光樣本制備常見的方法包括用熒光染料標記、表達熒光蛋白或利用樣品的自發熒光。

熒光顯微鏡中一些染色劑可用于多種生物物質。一些小分子具有它們自己的熒光和與之結合的優選生物分子。例子包括 DAPI 和 Hoechst，它們被紫外光激發；以及 DRAQ5 和 DRAQ7，它們在紅光下激發最佳。它們中的每一個都與 DNA 的小溝結合，通過這樣的方式來標記細胞核。其他一些污漬是肽、毒素和藥物，并與細胞結構結合。這些必須用熒光報告子衍生，才能起作用。

抗體與其對應的抗原的結合，從而標記細胞內的蛋白質或其他分子，這都是通過免疫熒光的過程實現的。現代遺傳知識和技術使科學家可以編輯 DNA。相同的技術可用于對蛋白質進行基因修飾以添加熒光蛋白報告基因，這意味著科學家可以由此使某種蛋白質發出熒光。一旦它發出熒光，就可以直接被追蹤，甚至在活細胞中也是如此。

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