膨胀显微镜是一项基于聚电解质水凝胶均匀放大生物样本的超分辨成像技术,解决了其他超分辨成像技术中仪器昂贵、操作复杂、样本局限的问题。膨胀显微镜可直接与常规光学显微镜集成,且具有使样本透明化、可与多重免疫荧光染色兼容的优势。然而,膨胀显微镜的成像保真度仍然面临质疑。一方面,样本预处理过程中水凝胶材料的均匀膨胀无法得到保障;另一方面,图像处理过程中采用的图像配准法存在主观性强、操作难度大、分析时间长的问题。为了提高膨胀显微镜在生物样本分析中的成像保真度,本论文提出并开发了光子晶体标尺和荧光点阵标尺用于膨胀显微镜中线性膨胀系数的精准测量,并验证了其在开放环境和微流控芯片内使用的可行性。具体研究内容如下:（1）针对膨胀显微镜观察小鼠成肌细胞和肿瘤球样本的需要,探索了样本的最佳处理条件。根据荧光保留率筛选出最适合本研究的荧光染料、锚定剂及所需浓度,并确认了样本处理、图像配准等操作流程。在小鼠成肌细胞的膨胀成像中获得了60 nm的分辨率,并通过图像配准法验证了该体系的稳定性。确立了适用于小鼠成肌细胞和肿瘤球的膨胀显微镜的配套材料和操作方法。（2）基于光子晶体宏观反射光谱与微观晶格距离之间的对应关系,开发了原位测量线性膨胀系数的光子晶体膨胀显微镜。通过自组装法制备非密堆积光子晶体水凝胶薄膜,确立了反射光谱中心波长与局部线性膨胀系数的对应关系,构建了可随聚电解质凝胶网络共膨胀的光子晶体光谱标尺。利用光子晶体标尺发现了样本区与无样本区的线性膨胀系数差异,并进行矫正。该工作可快速、准确获得局域线性膨胀系数,有助于提高膨胀显微镜的成像保真度。（3）利用双光子聚合激光直写技术制备了荧光点阵标尺,并与微流控芯片集成实现了肿瘤球的三维超分辨成像。通过研究打印速度、激光强度、紫外光照射及水溶液浸泡对于微点荧光的影响,确定了荧光点阵标尺的制备参数。研究了聚电解质凝胶膨胀过程中点阵变形以及细胞运动,排除了凝胶形状对膨胀均匀性的影响。利用聚甲基丙烯酸甲酯材料制作微流控芯片,实现了芯片内凝胶网络的构建与可控膨胀,结合荧光点阵完成了凝胶网络线性膨胀系数的精准测量和肿瘤球内部结构的成像表征。该部分工作提供了另一种线性膨胀系数的测量方案,并证明了将膨胀显微镜集成到芯片中的可行性。