全內反射熒光顯微鏡（TIRFM）是一種利用光束在兩種不同折射率介質之間傳播產生的消逝波探測熒光標記活細胞表面的技術。實際中，當入射激光束遇到蓋玻片和含有細胞的水介質之間的界面時，它以臨界角（全內反射）反射。因為消逝波的能量隨距蓋玻片的距離呈指數下降，只有在表面（10到200納米之間）10納米范圍內的熒光團受到消逝波的激發，而距離較遠的熒光團基本上不受影響。因此，TIRFM會導致位于蓋片附近的熒光團產生高信號水平，疊加在非常暗的背景上，從而提供了極佳的信噪比。激發深度的極端限制對于研究蓋玻片表面附近的粘附細胞中單分子或膜和細胞器組成（參見圖8（e））是十分理想的。由于激發僅限于蓋玻片附近的薄區域，因此光漂白和光毒性也僅限于這些區域，這使得TIRFM成為長期觀察最有用的方法之一。該技術已成為研究細胞和分子生物學中廣泛現象的基本工具。
反卷積處理是一種應用于沿光學（Z）軸獲取的一組全聚焦圖像的算法，以增強對于給定圖像平面或多個焦平面圖像疊加中的光子信號。顯微鏡必須配備高精度的電動聚焦驅動器，以保證在樣品的焦平面之間以精確定義的間隔進行圖像采集。在一個典型的應用中（見圖8（f）），反卷積處理被用于去模糊以及從指定焦平面上去除使用寬場熒光激發和發射聚焦外的光。最復雜的應用是將反卷積處理應用于整個圖像堆疊中生成投射視圖或三維模型。用于反卷積處理的一組寬場圖像捕獲了樣本發射的理論最大光子數。反卷積過程是將焦平面上方和下方發射的光子產生的“模糊”強度重新分配給原始平面。因此，反卷積幾乎使用了所有可用的發射強度，并提供了最佳的光預算，從而使這項技術成為非常光敏的樣品的選擇方法。
共振能量轉移現象在熒光顯微鏡上的一種變種，熒光或F?rster共振能量轉移（FRET）用來獲得活細胞內蛋白質、脂類、酶和核酸結合和相互作用的量化的時間和空間信息。FRET可以采用恒定狀態或時間分辨技術，但時間分辨的FRET成像具有更精確地映射供體-受體距離的優點。一臺標準的寬場熒光顯微鏡，配備適當的激發和發射濾光片和一個靈敏的攝像機就可以用來進行FRET成像。將對環境敏感的蛋白質或肽夾在兩種FRET適用的熒光蛋白之間的生物傳感器目前在細胞生物學中得到廣泛應用。這些探針很容易在寬場熒光顯微鏡下用敏化發射FRET技術結合比率分析成像。此外，利用激光掃描共聚焦顯微鏡進行光譜成像和線性解混有助于監測生物傳感器和其他熒光蛋白應用中的FRET現象。
熒光壽命成像顯微鏡（FLIM）是一種復雜的技術，能夠同時記錄圖像中每個位置的熒光壽命和熒光團空間位置。該方法提供了一種機制來研究環境參數，如pH值、離子濃度、溶劑極性、非共價相互作用、粘度和單個活細胞中的氧張力，并以空間和時間陣列呈現數據。FLIM對納秒級激發態壽命的測量與局部熒光團濃度、光漂白影響和路徑長度（樣品厚度）無關，但對激發態反應（如共振能量轉移）敏感。事實上，將FLIM與FRET結合，通過監測熒光供體在共振能量轉移前后的壽命變化，被認為是研究這一現象的最佳方法之一。
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一項與FRAP相關的技術中，稱為熒光漂白后損失（FLIP），活細胞內的一個確定的熒光區域通過強輻照進行重復的光漂白。在測量的時間段內，如果所有熒光團都能夠擴散到正在被光漂白的區域，則此操作將導致整個細胞的熒光信號完全丟失。通過計算熒光從整個細胞中消失的速率，可以確定目標熒光團的擴散遷移率。此外，FLIP還可以很容易地識別細胞各個隔層之間任何擴散屏障的位置和性質，例如神經元的體細胞和軸突之間的屏障。
熒光相關光譜學（FCS）主要用于激光掃描共聚焦顯微鏡或多光子顯微鏡，它是一種設計用于確定體積在含有一個或幾個分子大小的動力學信息，比如化學反應速率、擴散系數、分子量、流速和聚集的技術。在FCS中，用聚焦激光束照射一個小體積（大約一飛米；激光的衍射極限焦點）以記錄熒光分子動力學引起的自發熒光強度波動，熒光分子占體積的時間函數（圖10）。相對較小的熒光團在被照射的體積中迅速擴散，產生短期的隨機強度爆發。相反，較大的復合物（與大分子結合的熒光團）移動更慢，產生更長、更持久的時間依賴性熒光強度圖案。
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受激發射損耗顯微鏡（STED）是一種新興的超分辨率技術，它的空間分辨率遠遠超過衍射極限，使用環形損耗光包圍一束較小的激發光，以獲得低于50納米的軸向分辨率。這項技術依賴于利用同步激光脈沖激發熒光團和空間協調的圓形STED脈沖損耗發射光，抑制激光掃描焦點周圍受激發的分子的熒光。在斑點的周圍所產生的熒光被抑制，但斑點中心沒有，因此顯著減小熒光斑點的尺寸，相應的分辨率會顯著的增加。STED已被證明是高分辨率檢測活細胞的有用工具。其他新興的超分辨率技術，如光激活定位顯微鏡（PALM）和結構光照明顯微鏡（SIM），在不久的將來也會成為活細胞成像的基本工具。
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