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光学显微镜的发明将人类带入微观世界，其每一次重大改进都极大地促进生命科学的发展。而荧光显微技术因无损、非入侵及特异性标记的优势，使其在生命科学研究中得到了广泛的使用。本文对现有荧光显微技术进行研究的基础上，将其灵活改造并应用到数字PCR仪器的研制以及结构光照明超分辨成像系统的研究中。 数字PCR(digital polymerase chain reaction，dPCR)是一种DNA绝对定量技术，是实时荧光PCR的进一步发展，将绝对稀释后的DNA模板溶液注入芯片上相互独立的微反应池中，每个微反应池DNA模板少于或等于1，经过PCR反应后，通过统计发生PCR反应的微反应池数量，经泊松分布校正后，精准测得DNA的拷贝数。与常规的PCR、实时荧光PCR和等温扩增等众多PCR技术相比，数字PCR能对微量模板进行绝对定量。因此数字PCR在高精度拷贝数变异、稀有突变检测、差异基因表达、新一代测序文库定量分析、miRNA表达分析、单细胞基因表达分析等方面具有显著的优势及不可替代性。本文详细叙述了数字PCR芯片的制备，芯片的修饰，芯片进液，以及进液后的密封。此外设计与构建了数字PCR温度循环系统。数字PCR实验所检测到的荧光信号非常微弱，而且需一次成像。针对此特点，数字PCR光学检测系统需大视野、光强大的均匀照明系统，而目前常用的荧光显微镜因科勒照明，虽然得到了均匀的照明系统但大大损耗了光能量达不到此要求。因此设计了一种新型外置荧光模块的光学照明系统，在满足激发条件的情况下可对微弱荧光信号进行监测采集。最后利用两种不同试剂分别进行验收，统计有效荧光微孔，通过泊松分布校正，得到线性度高达99.59％的直线。 将荧光显微技术成功用于数字PCR仪器的研制后，本文又将对荧光显微技术的分辨率进行研究。荧光显微技术作为一种光学观测手段，其分辨率受衍射极限所限。最近二三十年不断涌现的超分辨显微技术中，结构光照明超分辨成像技术是因其宽场、高速、低漂白的特点最适合做生物活体的研究。结构光照明超分辨成像技术是对照明光进行调制的一种技术。通过将科勒照明的均匀光照明改造成周期图案调制的照明光，使得原本不能获得的空间高频信息编码到低频区域，使其通过频带受限（衍射极限）的显微镜成像系统，再利用频域中分离、频移解码还原高频成份，从而获得突破衍射极限的超分辨率图像。然而目前商用的结构光照明超分辨成像显微镜大多还是基于传统体光栅衍射干涉原理，涉及机械部分，稳定性、灵活性不足，不利于它在生命科学研究中的普及。 本文对结构光照明超分辨成像技术进行研究，从结构光照明超分辨原理、图像重构算法和结构光的产生等多方面对结构光照明超分辨成像技术做了深入的阐述。同时利用数字微镜阵列(Digital MicromirrorDevice，DMD)调制结构光，搭建了一套结构紧凑、成本低廉的结构光照明超分辨成像系统。此外发挥本课题组在硅基光子学上的优势，研制了一种新型的基于集成光子学的结构光照明芯片。利用衍射光栅阵列，将光从芯片以特定角度衍射到空中干涉形成周期调制的结构光，能大大提高结构光照明超分辨成像系统的集成度与便携性。