结构生物化学/生物成像
在光学显微镜中，玻璃透镜用于将光束聚焦到被研究的样品上。通过样品的光线然后被其他透镜聚焦以产生放大图像。标准（明场）光学显微镜是目前使用最广泛的显微镜技术，它使用复式显微镜。样品从显微镜底座的灯泡照亮，光线被聚光镜聚焦到样品平面上。通过样品的光线被物镜收集并聚焦到其焦平面上，从而产生放大图像。此图像被目镜进一步放大，所达到的总放大倍数是各个透镜放大倍数的总和。为了提高复式显微镜的解析度，样品经常被覆盖在浸入油中，物镜被放置在浸入油中。使用可见光的光学显微镜的解析度极限约为 0.2*10-12m。
在荧光显微镜中，光学显微镜被改造成检测荧光化合物发出的光，该荧光化合物被用来选择性地染色细胞内的组分。如果一种化学物质在一种波长（激发波长）下吸收光，然后在较长的波长（发射波长）下发射光，则称该化学物质为荧光物质。荧光显微镜中常用的两种化合物是罗丹明和德克萨斯红，它们发射红色光，以及荧光素，它发射绿色光。首先，将针对目标抗原（称为初级抗体）的抗体添加到样品中。荧光化合物被化学偶联到识别初级抗体的次级抗体上。然后将荧光标记的次级抗体添加到组织切片或透化细胞中，用激发波长的光照射样品。然后可以观察到抗体结合的样品中的结构。荧光显微镜也可以应用于活细胞，这使得能够随着时间的推移跟踪细胞和细胞内结构的运动。
发现了在水母维多利亚水母中发现的一种天然荧光蛋白。在这个由 238 个氨基酸组成的蛋白质中，称为绿色荧光蛋白 (GFP)，某些氨基酸侧链自发环化形成绿色荧光的生色团。使用重组 DNA 技术，编码 GFP 的 DNA 可以标记在编码其他蛋白质的 DNA 序列上，然后引入培养的活细胞或整个动物的特定细胞中。含有引入基因的细胞将产生带有 GFP 标签的蛋白质，该蛋白质在荧光显微镜下会发出绿色荧光。然后可以实时研究 GFP 标记蛋白在活细胞中的定位和运动。GFP 的多种变体已被工程化，它们在不同的波长下发射光。它们允许在同一个细胞中同时可视化多种蛋白质。
与使用光学透镜聚焦光束的光学显微镜不同，在电子显微镜中，电磁透镜聚焦电子束。由于电子被空气中的原子吸收，因此样品必须安装在真空管中的真空中。电子显微镜对生物材料的解析度最好为 0.10 纳米。在透射电子显微镜中，电子束被直接照射到样品上，然后使用电子磁透镜将透射电子聚焦以在观察屏幕或照相底片上产生图像。与标准光学显微镜一样，观察样品的薄切片。但是，对于透射电子显微镜，切片必须薄得多（50-100 纳米厚）。由于电子均匀地通过生物材料，未染色的样品会产生非常差的图像。因此，必须常规地对样品进行染色，以便散射一些入射电子，这些电子不会被电磁透镜聚焦，因此不会形成图像。重金属如金和锇常用于染色生物材料。特别是四氧化锇优先染色某些细胞组分，如膜，在图像中呈黑色。透射电子显微镜具有足够高的解析度，可以用来获得有关纯化的蛋白质、病毒和亚细胞器形状的信息。抗体可以类似于在荧光显微镜中用荧光化合物标记的方式用电子致密的金颗粒标记，然后与样品薄切片中的特定靶蛋白结合。当在电子显微镜下观察时，在抗体分子结合到其抗原的任何地方，图像中都可以看到由金颗粒形成的小黑点，因此该技术可以用来定位特定的抗原。
在扫描电子显微镜中，（未切片）样品被固定，然后涂上一层薄薄的重金属，如铂。然后电子束扫描样品，激发样品内的分子，释放二次电子。这些二次电子被聚焦到闪烁探测器上，得到的图像显示在阴极射线管上。扫描电子显微镜产生三维图像，因为样品上任何一点产生的二次电子的数量取决于电子束相对于样品表面的角度。扫描电子显微镜的解析度为 10 纳米，比透射电子显微镜低 100 倍左右。
David Hanes，Nigel Hooper。生物化学。泰勒与弗朗西斯集团。纽约。2005 年。