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1895年伦琴在研究阴极射线时发现了X射线。X射线因其具有波长短、穿透能力强的特性，被广泛的应用于成像领域。X射线成像具有无损、高分辨等特征，而且可以实现厚样品的三维成像，弥补了传统光学显微镜成像以及电子显微成像的诸多不足，填补了二者之间的gap。目前，第三代同步辐射光源已经可以提供性能优越的软X射线和硬X射线。相比于普通光源，同步辐射具有准直性好，亮度高，光谱宽的特性，在物理学、材料学、生物学以及环境科学领域具有广泛的应用。 同步辐射X射线成像是研究生物样品三维结构和组织的重要方法，然而生物样品的成像目前存在诸多亟待解决的问题。例如:如何降低实验过程中样品受到的辐射损伤;基于生物样品的X射线吸收系数较低的情况下，如何实现含水样品的X射线成像;如何选取合适的三维重建算法等。针对以上同步辐射X射线成像存在的问题，利用上海同步辐射光源研究平台，开展了细胞以及血管的三维成像研究，具体的内容为: (1)EST重建算法参数对重建效果的影响的研究。结合后续实验样品酵母菌的细胞形态，在MATLAB软件中建立三维重建样品模型并生成投影，根据等斜率迭代三维重建算法(EST)进行样品的三维重建，对不同数目投影的EST三维重建效果进行了研究。投影数目从6个到360个进行间隔选取，对这些不同数目的投影进行重建，重建后通过重建的结果与原始的模型进行对比，分析了重建投影数目对于重建误差的影响，探究了missing wedge对于样品重建后三维结构形态的影响。对于等倾的不同数目投影的EST重建投影，随着投影数目增加并达到一定的数值时，重建结构与原始模型的误差保持恒定，在存在misssing wedge的情况下误差和伪影更为明显。投影的missing wedge会造成重建后样品的外形轮廓存在一定的变形，而且很难通过提高非missing wedge区域投影的数量来进行校正。此外，与缺失投影面相垂直的曲线结构将难以被分辨。该模拟为后续实验的重建工作提供了指导。 (2)裂殖酵母细胞的三维低剂量扫描透射X射线成像(STXM)与扫描CDI(ptychography)三维重建的研究。结合STXM实验方法与等斜率投影重建算法，进行了分裂期裂殖酵母的低剂量高分辨的三维成像。投影的角度分布于58.0°至-72.6°之间，像素分辨率为30nm。样品经过EST重建后可以观察到其圆柱状的外形、畸变的分裂隔膜结构以及内部的孔洞结构。利用扫描透射成像方式和EST重建算法降低了样品的辐射剂量。 基于STXM实验平台进行了酵母菌扫描CDI三维成像研究。根据STXM实验中选取的等倾投影角度进行扫描CDI成像，获取衍射数据后，对衍射图样进行相位恢复，重建后得到实空间像素分辨率为4.69nm的复投影矩阵，元素的模值和相位分别反映的是样品的对X射线吸收信息和电子密度信息。分别对模值投影和相位投影进行EST重建，并对二者重建的结果进行对比。实际重建结果表明，模值重建结果分辨率更高且反应了更多细节，而相位重建后样品结构边界较为清晰。 (3)小鼠毛细血管的同步辐射X射线全场透射成像研究。利用同步辐射硬X射线，对小鼠的毛细血管进行了研究，在12keV能量下采集了1080个投影，CT三维重建，实现了血管的三维亚微米级成像。实验中对血管进行了同轴相位衬度X射线成像，证明了X射线弱吸收样品的相位衬度成像相对于吸收衬度成像的优势，并实现了单细胞围成毛细血管的三维成像。此外，对含水的血管进行了全场透射成像，含水血管的主动脉与周围的水环境衬度不明显，而毛细血管则重建效果较好，内部发现了类似“竹节”状结构，证明该种结构在原位含水的毛细血管中存在。