초고해상도 현미경의 원리와 활용초고해상도 형광 현미경은 일반 광학 현미경의 이론적인 해상도 한계인 아베(Abbe) 회절 한계를 넘어서는 해상도를 가진 현미경을 말한다. 이 기술은 크게 단일 형광 분자의 관찰을 이용하는 것과 광원의 패턴을 이용한 것으로 구분한다.먼저 단일 형광 분자의 관찰을 이용한 것은 겹쳐진 형광 분자를 시차를 두고 발광하도록 하여 해상도를 향상하는 원리를 가진다. 두 개의 형광체가 서로 다른 시각에 발광하도록 만들려면 시간에 따라 켜고 꺼짐을 반복하는 광 활성화와 광 스위칭 특성이 필요한데, 이러한 특성을 가진 형광체는 시간에 따라 형광이 켜지고 꺼지면서 근접한 다른 형광체와 겹침 없이 발광하여 단일 분자의 PSF를 얻을 수 있다. 그렇게 하여 모든 형광 분자들의 위치를 모으면 일종의 점묘화 기법으로 초고해상도 이미지를 구현할 수 있게 된다.이렇게 광 스위칭 현상을 이용한 대표적인 기술로는 STORM, PALM, fPALM 기술이 있는데, 이 기술들은 거의 동일한 시기에 3개의 연구실에서 각각 개발되었으며, 대체로 같은 원리를 사용하고 있다.다음으로는 광원의 패턴을 바꾸어서 초고해상도 형광 이미지를 얻는 기술이 있다. 대표적으로는 STED와 SIM 기술이 있다. STED 기술은 광원에 의해 한꺼번에 발광되는 영역의 가장자리 부분을 유도 방출 현상을 이용해서 형광을 꺼버림으로써 발광되는 영역을 줄인다. 또한 초기 발광 영역의 가장자리 부분의 형광을 끄기 위해 추가로 도넛 모양의 레이저 빔을 이용한다. 이 빔이 초기 발광 영역의 가장자리 부분에서 유도 방출을 일으키면서 그 부분에 있는 형광 분자의 형광을 끄고, 결과적으로 가운데 매우 좁은 영역의 형광만 발광함으로써 형광 현미경의 해상도를 결정하는 PSF의 크기를 줄이게 된다. 이러한 방식으로 레이저 빔을 넓은 시료에 대해 주사하여 매우 좁은 영역의 형광 시그널을 모음으로써 하나의 초고해상도 이미지를 형성할 수 있게 된다.SIM 기술은 STORM, PALM 과 같이 대면적 방식으로 이미지를 얻는 기술로 대면적으로 특정 패턴을 갖는 광원을 샘플에 쪼여 관찰하려는 구조를 변형시킴으로써 나타나는 무아레(moire) 패턴을 이용한다. 이를 통해 기존에 관찰할 수 없었던 나노미터 수준의 고진동수의 초미세 구조를 관찰할 수 있게 되었다. 선형 패턴의 광원은 위치와 각도를 바꿔가며 여러 무아레 패턴을 얻고, 이에 대한 푸리에 변환 및 수학적 재구성 과정을 통해 최종적으로 초고해상도 이미지를 얻는다. 이때 강한 레이저 파워를 사용하여 만든 선형 패턴을 사용하면 해상도가 더 좋아지는데, 이러한 기술은 SSIM이라고 부른다.
