1. 普通光學(xué)顯微鏡
現代普通光學(xué)顯微鏡利用目鏡和物鏡兩組透鏡系統來(lái)放大成像，故又常被稱(chēng)為復式顯微鏡。它們由機械裝置和光學(xué)系統兩大部分組成。機械裝置包括鏡座、支架、載物臺、調焦螺旋等部件，是顯微鏡的基本組成單位，主要是保證光學(xué)系統的準確配制和靈活調控，在一般情況下是固定不變的。而光學(xué)系統由物鏡、目鏡、聚光器等組成，直接影響著(zhù)顯微鏡的性能，是顯微鏡的核心。一般的顯微鏡都可配置多種可互換的光學(xué)組件，通過(guò)這些組件的變換可改變顯微鏡的功能，如明視野、暗視野、相差等。
對任何顯微鏡來(lái)說(shuō)，分辨率是決定其觀(guān)察效果的最重要指標。從物理學(xué)角度看，光學(xué)顯微鏡的分辨率受光的干涉現象及所用物鏡性能的限制，可表示為：
式中l為所用光源波長(cháng)；q為物鏡鏡口角的半數，它取決于物鏡的直徑和工作距離（圖2-8）；n為玻片與物鏡間介質(zhì)的折射率，顯微觀(guān)察時(shí)可根據物鏡的特性而選用不同的介質(zhì)，例如空氣（n=1.0）、水（n=1.33）、香柏油（n=1.52）等。n sinq也被表示為數值孔徑值（Numerical Aperture，NA），它是決定物鏡性能的最重要指標。光學(xué)顯微鏡在使用最短波長(cháng)的可見(jiàn)光（l=450nm）作為光源時(shí)在油鏡下可以達到其最大分辨率，0.18 mm（表2-1）。由于肉眼的正常分辨能力一般為 0.25 mm左右，因此光學(xué)顯微鏡有效的最高總放大倍數只能達到 1,000~1,500倍，在此基礎上進(jìn)一步提高顯微鏡的放大能力對觀(guān)察效果的改善并無(wú)幫助。
明視野顯微鏡的的照明光線(xiàn)直接進(jìn)入視野，屬透射照明。生活的細菌在明視野顯微鏡下觀(guān)察是透明的，不易看清。而暗視野顯微鏡則利用特殊的聚光器實(shí)現斜射照明，給樣品照明的光不直接穿過(guò)物鏡，而是由樣品反射或折射后再進(jìn)入物鏡（圖 2-9），因此，整個(gè)視野是暗的，而樣品是明亮的。正如我們在白天看不到的星辰卻可在黑暗的夜空中清楚地顯現一樣，在暗視野顯微鏡中由于樣品與背景之間的反差增大，可以清晰地觀(guān)察到在明視野顯微鏡中不易看清的活菌體等透明的微小顆粒。而且，即使所觀(guān)察微粒的尺寸小于顯微鏡的分辨率，依然可以通過(guò)它們散射的光而發(fā)現其存在。因此，暗視野法主要用于觀(guān)察生活細菌的運動(dòng)性。
光線(xiàn)通過(guò)比較透明的標本時(shí)，光的波長(cháng)（顏色）和振幅（亮度）都沒(méi)有明顯的變化，因此，用普通光學(xué)顯微鏡觀(guān)察未經(jīng)染色的標本（如活的細胞）時(shí)，其形態(tài)和內部結構往往難以分辨。然而，由于細胞各部分的折射率和厚度的不同，光線(xiàn)通過(guò)這種標本時(shí)，直射光和衍射光的光程就會(huì )有差別。隨著(zhù)光程的增加或減少，加快或落后的光波的相位會(huì )發(fā)生改變（產(chǎn)生相位差）。光的相位差人肉眼感覺(jué)不到，但相差顯微鏡配備有特殊的光學(xué)裝置——環(huán)狀光闌和相差板，利用光的干涉現象，能將光的相位差轉變?yōu)槿搜劭梢圆煊X(jué)的振幅差（明暗差），從而使原來(lái)透明的物體表現出明顯的明暗差異，對比度增強。正由于樣品的這種反差是以不同部位的密度差別為基礎形成的，因此，相差顯微鏡使人們能在不染色的情況下比較清楚地觀(guān)察到在普通光學(xué)顯微鏡和暗視野顯微鏡下都看不到或看不清的活細胞及細胞內的某些細微結構，是顯微技術(shù)的一大突破，為此，其發(fā)明人F. Zernike獲得了1953年的諾貝爾獎。
有些化合物（熒光素）可以吸收紫外線(xiàn)并轉放出一部分為光波較長(cháng)的可見(jiàn)光，這種現象稱(chēng)為熒光。因此，在紫外線(xiàn)的照射下，發(fā)熒光的物體會(huì )在黑暗的背景下表現為光亮的有色物體，這就是熒光顯微技術(shù)的原理。由于不同熒光素的激發(fā)波長(cháng)范圍不同，因此同一樣品可以同時(shí)用二種以上的熒光素標記，它們在熒光顯微鏡下經(jīng)過(guò)一定波長(cháng)的光激發(fā)發(fā)射出不同顏色的光。熒光顯微技術(shù)在免疫學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)、分子生物學(xué)中應用十分普遍。
5. 透射電子顯微鏡
由于顯微鏡的分辨率取決于所用光的波長(cháng)，人們從本世紀初開(kāi)始就嘗試用波長(cháng)更短的電磁波取代可見(jiàn)光來(lái)放大成像，以制造分辨本領(lǐng)更高的顯微鏡。1933年，德國人E. Ruska 制成了世界上第一臺以電子作為“光源”的顯微鏡----電子顯微鏡。其理論依據是：電子束通過(guò)電磁場(chǎng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生復雜的螺旋式運動(dòng)，但最終的結果是正如光線(xiàn)通過(guò)玻璃透鏡時(shí)一樣，產(chǎn)生偏轉、匯聚或發(fā)散，并同樣可以聚集成像。而一束電子具有波長(cháng)很短的電磁波的性質(zhì)，其波長(cháng)與運動(dòng)速度成反比，速度越快，波長(cháng)越短。在理論上，電子波的波長(cháng)最短可達到0.005 nm，所以電子顯微鏡的分辨能力要遠高于光學(xué)顯微鏡（圖2-10）。幾十年來(lái)，電子顯微技術(shù)發(fā)展很快，應用也日益廣泛，對包括微生物學(xué)在內的許多學(xué)科的進(jìn)步都起了巨大的推動(dòng)作用�！�
6. 掃描電子顯微鏡
掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope SEM）與光學(xué)顯微鏡和透射電鏡不同，它的工作原理類(lèi)似于電視或電傳真照片。電子槍發(fā)出的電子束被磁透鏡匯聚成極細的電子“探針”，在樣品表面進(jìn)行“掃描”，電子束掃到的地方就可激發(fā)樣品表面放出二次電子（同時(shí)也有一些其它信號）。二次電子產(chǎn)生的多少與電子束入射角度有關(guān)，也即是與樣品表面的立體形貌有關(guān)。與此同時(shí)，在觀(guān)察用的熒光屏上另一個(gè)電子束也做同步的掃描。二次電子由探測器收集，并在那里被閃爍器變成光信號，再經(jīng)光電倍增管和放大器又變成電壓信號來(lái)控制熒光屏上電子束的強度。這樣，樣品上產(chǎn)生二次電子多的地方，在熒光屏上相應的部位就越亮，我們就能得到一幅放大的樣品立體圖像。
7. 掃描隧道顯微鏡
在光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡的結構和性能得到不斷完善的同時(shí)，基于其它各種原理的顯微鏡也不斷問(wèn)世，使人們認識微觀(guān)世界的能力和手段得到不斷提高，其中80年代才出現的掃描隧道顯微鏡（Scanning Tunneling Microscope，STM）是顯微鏡領(lǐng)域的新成員，主要原理是利用了量子力學(xué)中的隧道效應。
近年來(lái),在STM的基礎上又發(fā)展出了另一種掃描探針式顯微鏡，原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope，AFM）。AFM也是利用細小的探針對樣品表面進(jìn)行恒定高度的掃描來(lái)對樣品進(jìn)行“觀(guān)察”，但它不是通過(guò)隧道電流，而是通過(guò)一個(gè)激光裝置來(lái)監測探針隨樣品表面的升降變化來(lái)獲取樣品表面形貌的信息，因此，與STM不同，AFM可以用于對不具導電性，或導電能力較差的樣品進(jìn)行觀(guān)察。
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