熒光在顯微鏡中有著廣泛的應(yīng)用，是觀察特定分子分布的重要工具。細(xì)胞中的絕大多數(shù)分子并不會(huì)發(fā)出熒光，因此必須用熒光分子即所謂的熒光素進(jìn)行標(biāo)記。對(duì)于感興趣的分子可以直接標(biāo)記（例如，用DAPI標(biāo)記DNA），或者使用可與特異性抗體偶聯(lián)的熒光素進(jìn)行免疫染色。免疫染色時(shí)通常必須對(duì)細(xì)胞進(jìn)行固定。

熒光顯微鏡還可對(duì)活細(xì)胞或組織進(jìn)行延時(shí)成像。為此，對(duì)于感興趣的蛋白質(zhì)可以使用基因編碼的熒光分子進(jìn)行標(biāo)記，如GFP（綠色熒光蛋白）。對(duì)于感興趣的分子（如Ca2+）還可以使用可逆結(jié)合的合成染料（如fura-2）或轉(zhuǎn)基因天然蛋白質(zhì)（如GFP衍生物）進(jìn)行標(biāo)記。

圖1：當(dāng)特定波長(zhǎng)（激發(fā)波長(zhǎng)）的光照射到分子上（例如照射到熒光團(tuán)中）時(shí)，光子會(huì)被分子的電子吸收。然后，電子從它們的基態(tài)(S0)提升到更高的能級(jí)，即激發(fā)態(tài)(S1’)。這個(gè)過程被稱為激發(fā)(1)。激發(fā)態(tài)壽命很短(通常為10-9/-10-8秒)，在此期間電子的一些能量會(huì)丟失(2)。當(dāng)電子離開激發(fā)態(tài)(S1)返回基態(tài)(3)時(shí)，它們會(huì)失去在激發(fā)過程中獲得的剩余能量。熒光團(tuán)的獲得的能量會(huì)以光子形式釋放，釋放的光子波長(zhǎng)以比激發(fā)光波長(zhǎng)更長(zhǎng)，從而能量更少。這種現(xiàn)象被稱為斯托克斯位移。

圖4：小鼠原代海馬神經(jīng)元細(xì)胞，藍(lán)色：轉(zhuǎn)染細(xì)胞標(biāo)記；綠色：肌動(dòng)蛋白，TRITC；紅色：GluA Ampa受體單位，Texas Red；灰色：突觸小泡蛋白，Cy 5

圖5：果蠅幼蟲，綠色：RNA結(jié)合蛋白，Alexa 488

圖6：果蠅，幼蟲齡期，綠色：Feb211陽(yáng)性神經(jīng)元及其軸突，Alexa 488；紅色：CNS纖維部分（即所有軸突），Cy3；藍(lán)色：細(xì)胞核，DAPI。感謝德國(guó)Eggenstein-Leopoldshafen毒理學(xué)與遺傳基因研究所，Karlsruhe研究所Christoph Melcher博士提供的圖片。

圖7：小鼠腎臟切片，綠色：腎小球和腎曲小管，Alexa 488 WGA；紅色：F-肌動(dòng)蛋白（普遍存在于腎小球和刷狀緣）；藍(lán)色：細(xì)胞核，DAPI

圖9：熒光顯微鏡下獲得的分裂中期FISH染色染色體。感謝東京大學(xué)前沿科學(xué)研究生院人類進(jìn)化實(shí)驗(yàn)室Yumiko Suto博士提供的圖片。