2019年，全球超高分辨率显微镜（super-resolution microscopes，SRM）市场规模为26亿美元，预计从2020年到2027年复合增长率（CAGR）为8.7％。在预测期内推动该市场增长的关键因素包括：在生命科学行业中的应用不断增加、技术进步以及对纳米技术的日益关注。共聚焦和荧光显微镜的局限性在于XY横向分辨率大于200-250nm，超分辨率显微镜克服了上述限制，可提供高达10-20nm的分辨率，有望为正在进行的医学和纳米技术研究提供新的洞察力。研究人员将这些先进的显微镜用于医疗程序和诊断。例如，利用带多光子或其它先进成像技术的微内窥镜，可将这些工具长期应用于新型医疗。

超分辨率显微镜可对细胞样品进行可视化观测，分辨率类似于光学荧光显微镜和衍射极限分辨率。对于所需研究的分子种类，超分辨率显微镜是可对细胞环境和活细胞唯一进行三维可视化的设备。

由于技术进步和研发支出增加，北美是最大的区域市场。慢性病发病率上升和对先进实验室设备的需求增加，是推动该区域市场增长的因素；同时该地区的基金项目也迫使研究人员采用超分辨率显微镜。

Covid-19大流行导致私人和公共商业环境受到严格限制。在大流行期间，由于为防止感染扩散而进行的活动突然中断，已记录到包括超分辨率显微镜在内的各种医疗设备的制造和供应减少。在大多数国家/地区，所有正在进行的研究都已暂停，因为大多数研究实验室都在研究新型冠状病毒以及相关的诊断方法。 

此外，所有制药实验室已将重点转移到药物设计和确定新型病毒株的药物靶点上。随着成像设备和显微镜产量的减少以及供应链的中断，对超分辨率显微镜的需求预计将暂时下降。 

受激发射耗竭（STED）显微镜 在2019年占据了23%的最大市场份额，并将以稳定的复合年增长率进一步增长，因为它能够提供无衍射限制的图像，无需进一步的计算处理。快束扫描仪（fast-beam scanners）的应用使STED显微镜成为最快的超分辨率成像技术之一，因为它不需要采集后的数据处理。

它在小视场下的显示速度很快，成为对小区域进行视频速率成像的有效技术。STED技术的其他增长驱动因素包括：它与有机染料的相容性、实时细胞成像以及在神经生物学和细胞生物学领域越来越多的研究和开发。近年来，结构照明显微镜（Structured Illumination Microscopy，SIM）的应用使得研究人员能够直接观察核孔复合体（NPCs），从而识别和解决核超结构的各个方面。

与传统荧光显微镜相比，随机光学重建显微镜（STORM）和光激活定位显微技术（PALM）技术在空间分辨率方面提供了最大的改进。这些方法更容易理解，并依赖于荧光探针的化学性质，闪光和关闭。在这些大量拍摄到的图像中，随机闪烁的开关使得单个分子的精确定位变得不可思议。 另一个技术是荧光光敏定位显微镜(fluorescence photoactivation localization microscopy, FPALM)。

2019年，生命科学领域占据了超过40%的最大市场份额，其余依次是：纳米技术、材料科学、半导体和其它。为了正确理解神经功能失调和机制，神经科学在很大程度上依赖于先进的显微镜技术，特别是活体脑成像技术。

增加对传染病机制的研究，了解病毒结构，癌细胞增殖机制和信号通路，是推动生命科学领域发展的主要因素。此外，在药物开发中不断增加的产品应用，以了解大分子的结构生物学及其功能，预计将促进该部门的增长。然而，纳米技术预计将在预测期内实现最快的复合年增长率。这归因于在研究各种生物过程中不断增加的产品应用，揭示了纳米颗粒与细胞的结合及其结果。

北美在2019年占据了超过33%的最大市场份额，并将在整个预测期内保持领先地位。先进的医疗设施、了解各种疾病机理的研发投入以及该地区广泛的药物开发活动预计将推动超分辨率显微镜市场的增长。此外，医疗补偿设施的可用性也促进了区域市场的增长。

在预测期内，亚太地区预计将创下最高的复合年增长率。这是由于越来越多的跨行业采用这种显微镜，如学术生命科学，生物技术，制药和纳米技术。然而，与亚太市场相比，欧洲市场更大，这主要是由于该地区存在大量高端系统。此外，技术进步和欧洲传染病的高流行率也可能推动其增长。

2017年5月，Bruker Corp.收购了Luxendo GmbH，以增强其超分辨率、扫描场共焦和多光子荧光显微镜产品组合，用于活细胞成像、小生物胚胎学、大脑发育和光遗传学应用。然而，各个地区的国内制造商通过提供低价设备，对全球参与者构成了激烈的竞争。在超分辨率显微镜市场上，一些著名的参与者包括：

·      Carl Zeiss Meditec AG 卡尔

·      Nikon Corp. 尼康

·       Olympus Corp.

·       Microsystems (Danaher Corp.)

·      Hitachi High Technologies日立高新

·      Applied Precision (GE Healthcare) GE生命科学

·      Bruker 布鲁克

·      PicoQuant Group

2000 年，德国科学家 StefanHell 开发了另一种超高分辨率显微技术，其基本原理是通过物理过程来减少激发光的光斑大小，从而直接减少点扩散函数的半高宽来提高分辨率。当特定的荧光分子被比激发波长长的激光照射时，可以被强行猝灭回到基准态。利用这个特性，Hell 等开发出了受激发射损耗显微技术 (stimulated emission depletion，STED)。其基本的实现过程如图 2 所示，就是用一束激发光使荧光物质(既可以是化学合成的染料也可以是荧光蛋白)发光的同时，用另外的高能量脉冲激光器发射一束紧挨着的、环型的、波长较长的激光将第一束光斑中大部分的荧光物质通过受激发射损耗过程猝灭，从而减少荧光光点的衍射面积，显著地提高了显微镜的分辨率，原理见下图。

STED 成像技术的最大优点是可以快速地观察活细胞内实时变化的过程，因此在生命科学中应用更加广泛。

2002 年，Patterson 和 Lippincott‐Schwartz 首次利用一种绿色荧光蛋白(GFP)的变种(PA‐GFP)来观察特定蛋白质在细胞内的运动轨迹。这种荧光蛋白 PA‐GFP 在未激活之前不发光，用 405nm 的激光激活一段时间后才可以观察到 488nm 激光激发出来的绿色荧光。德国科学家EricBetzig 敏锐地认识到，应用单分子荧光成像的定位精度，结合这种荧光蛋白的发光特性，可以来突破光学分辨率的极限。2006 年 9月，Betzig 和 Lippincott‐Schwartz 等首次在 Science 上提出了光激活定位显微技术(photoactivated localization microscopy，PALM)的概念。其基本原理是用 PA‐GFP 来标记蛋白质，通过调节 405nm 激光器的能量，低能量照射细胞表面，一次仅激活出视野下稀疏分布的几个荧光分子，然后用 488nm 激光照射，通过高斯拟合来精确定位这些荧光单分子。在确定这些分子的位置后，再长时间使用 488nm 激光照射来漂白这些已经定位正确的荧光分子，使它们不能够被下一轮的激光再激活出来。之后，分别用 405nm 和 488nm 激光来激活和漂白其他的荧光分子，进入下一次循环。这个循环持续上百次后，我们将得到细胞内所有荧光分子的精确定位。将这些分子的图像合成到一张图上，最后得到了一种比传统光学显微镜至少高 10 倍以上分辨率的显微技术，原理如下：

PLAM 通过定位细微结构乃至单分子，实现 20 nm 的横向分辨率和 50 nm 轴向分辨率。

2006 年底，美国霍华德‐休斯研究所的华裔科学家庄晓薇实验组开发出来一种类似于 PALM 的方法，可以用来研究细胞内源蛋白的超分辨率定位。他们发现，不同的波长可以控制化学荧光分子 Cy5 在荧光激发态和暗态之间切换，例如红色 561nm 的激光可以激活 Cy5 发射荧光，同时长时间照射可以将 Cy5 分子转换成暗态不发光。之后，用绿色的 488nm 激光照射 Cy5 分子时，可以将其从暗态转换成荧光态，而此过程的长短依赖于第二个荧光分子 Cy3 与 Cy5 之间的距离。因此，当 Cy3 和 Cy5 交联成分子对时，具备了特定的激发光转换荧光分子发射波长的特性。将 Cy3 和 Cy5 分子对胶联到特异的蛋白质抗体上，就可以用抗体来标记细胞的内源蛋白。应用特定波长的激光来激活探针，然后应用另一个波长激光来观察、精确定位以及漂白荧光分子，此过程循环上百次后就可以得到最后的内源蛋白的高分辨率影像，被他们命名为随机光学重构显微技术 (stochastic optical reconstruction microscopy，STORM)。2007 年，他们进一步改进 STORM 技术，发展了不同颜色的变色荧光分子对，可以同时记录两种甚至多种蛋白质的空间相对定位，从而阐明笼形蛋白 clathrin 形成的内吞小泡与细胞骨架蛋白之间的精确空间位置关系，两种颜色的分辨率都可以达到 20～30nm。原理如下图：

STORM 通过一对染料对通过随机发光空间定位，实现了 XY 20 nm 分 辨率。

SIM

改变光学的点扩散函数来突破光学极限的另一个方法是利用饱和结构照明显微技术(saturated structure illumination microscopy，SSIM)。早在 1963 年，Lukosz 和 Marchand 就提出了特定模式侧向入射的光线可以用来增强显微镜分辨率的理论。2005 年，加州大学旧金山分校的 Gustafsson 博士首先将非线性结构性光学照明部件引入到传统的显微镜上，得到了分辨率达到 50nm 的图像。SSIM 技术的原理是将多重相互衍射的光束照射到样本上，然后从收集到的发射光模式中提取高分辨率的信息。如图所示：

SIM 通过结构照明莫尔纹原理实现了任何荧光染料都可以达到 XY 100nm。

图像超分辨率重构(super resolution。SR)是指利用计算机将一幅低分辨率图像（low resolution，LR）或图像序列进行处理，恢复出高分辨率图像（high resolution，HR）的一种图像处理技术。超分辨技术通过高倍 60X 或者 100X 油镜，通过缩小共聚焦上的针孔，用强激光将样品扫描 20~50 次后通过软件进行运算重构，此技术存在一定的局限性：

1、必须使用高倍油镜低倍不适用 

2、因缩小针孔需使用强激光对样品损伤比较大。 

3、对样品扫描 20~50 次，样品荧光淬灭严重，更不适用于活细胞。 

4、环境要求较高，在做 20~50 次的过程中因环境振动等引起最后软件运算不准确。 

5、共聚焦图片均为软件着色，不能做多色荧光标记，容易引起串色。