细胞内各种生物分子机器（包括蛋白复合物）的功能与其内部结构以及它们所处的细胞内的环境（定位分布）密切相关。它们在细胞内相互协同执行细胞的各种生理功能。分子机器的内部结构可用电子显微技术解析；而其定位和分布等特征则需要光学显微成像技术，二者的结合就是光电融合成像技术。超分辨率光学显微成像技术的出现，给光电融合成像领域带来了新的发展契机，可以在研究尺度和分辨率上将结构生物学和细胞生物学两大研究领域结合起来，通过超分辨率光学显微技术对目标分子机器进行纳米分辨率定位，通过电镜三维重构技术获取细胞指定部位的三维结构，将定位信息和结构信息进行整合和处理，从而获得大量关于分子机器在细胞原位的三维结构信息，并由此统计归纳出目标分子机器原位动态变化规律。二者的有机结合将使得科学家们能够系统地研究分子机器在细胞内的原位结构和动态变化过程，这就是拟研制的仪器的主要功能。

研究分子机器在细胞内的原位结构和动态变化是当前结构生物学和细胞生物学研究的难点和挑战。本项目研制成功的超分辨光电融合显微成像系统,在尺度和分辨率上可将结构生物学和细胞生物学两大研究领域结合起来：超分辨率光学显微技术对目标分子机器进行纳米分辨率定位，电镜三维重构技术解析该处三维信息，通过图像配准，把空间位置信息和结构信息进行整合、处理，进而表征出目标分子机器在生物个体或细胞原位的分布与结构。超分辨光电融合显微成像系统由两部分构成，分别满足不同生物学研究的需要。第一部分是低温单分子荧光干涉成像仪（cryo-iPALM）和低温透射电镜（cryo-TEM）的融合系统。该系统对冰冻超薄样品切片进行三维超分辨荧光成像和电镜成像，将定位信息和结构信息进行整合和处理。第二部分是光片层光敏定位显微成像（lsPALM）和扫描电镜（SEM）的融合系统，适用于厚样品的三维超分辨荧光和扫描电镜成像。通过对样品进行超薄切片和连续成像，实现了厚样品的三维荧光成像与电镜成像融合。超分辨光电融合显微成像系统实现了预期的功能，部分指标优于设计指标. cryo-iPALM的轴向分辨率小于5 nm，侧向分辨率小于10 nm；TEM与iPALM图像配准精度优于2nm； lsPALM光学成像的轴向分辨率小于50 nm，侧向分辨率小于10 nm，SEM与lsPALM图像配准精度优于2 nm。超分辨光电融合显微成像系统处于国际领先水平，将推动细胞结构生物学的发展，达到从体外到原位的结构解析的新层次；促进在细胞生物学领域取得原创性重大突破，在当前的生命科学前沿及其交叉领域的研究中将具有重要的应用。本项目的顺利完成，将使得我国科学家领衔学科前沿，也将提高我国高端科研装备的研发和制造水平。