细胞与组织形态学结构研究
形态结构的观察是衔接不同层次学科的重要中间环节，形态学观察是中西医研究基本发病机制、转归疗效评价及中药品质鉴定等最常用的指标之一，特别是同时利用现代显微分析技术的直观性、微观性等优势，已与多学科的研究相互渗透影响、彼此补充促进，成为中医药研究中的重要部分。在中药的显微鉴定、中医药对细胞损伤、坏死、衰老、凋亡等的干预效应，均可用到显微观察技术。如Masson染色可用于来源于间胚叶的肿瘤（纤维瘤、平滑肌瘤、横纹肌肉瘤、神经纤维瘤等），慢性炎症，器官的纤维化，恶性高血压时小动脉管壁为纤维素样坏死等出现胶原纤维病理形态诊断，从而可以直接客观评价中医药防治纤维化疾病的疗效。
（一）显微镜技术
显微镜技术是细胞学和细胞生物学得以建立和发展的重要工具，包括光学显微镜、电子显微镜和扫描探针显微镜三个层次的显微镜和相应的技术，是人们用以观察细胞、细胞器和细胞内大分子的关键技术。在光学显微镜下看到的细胞结构称为细胞显微结构（Microscopic structure），由于受到分辨率的限制，光学显微镜不能分辨直径小于0.2μm的结构，如生物膜、细胞骨架和一些细胞器等。电子显微镜下则可以观察到这些光学显微镜下看不到的结构，称为细胞亚显微结构（Submicroscopic structure）。随着电子显微镜分辨率的不断提高，再结合一些其他技术如扫描探针显微镜和光行射等，已使人们对细胞结构的认识达到分子水平。一般把细胞从亚显微水平到分子水平的结构统称为细胞超微结构（Ultrastructure）。总体而言，显微镜技术显示了细胞大小、形状、结构、运动的图像，也提供了细胞内成分、特别是生物大分子的位置和结构信息。普通光学显微镜，可观察细胞的显微结构；荧光显微镜，可观察固定切片标本或染色的活细胞；相差显微镜，可观察无色透明活细胞中的细节。
用扫描电镜，观察药用植物花粉种子等的微形态，为中药鉴定提供依据；用荧光显微镜观察中药干预干细胞及肿瘤细胞形态学的改变等；激光扫描共聚焦显微技术可对细胞进行精确的断层扫描，在细胞亚结构观察、细胞凋亡检测、细胞内离子动态测定、细胞间通讯三维重建、细胞分选等研究方面具有显著优势，在中医药研究中可将空间结构、生化成分与生理功能密切结合，进行定性、定量、定时的显微形态学观察研究，从细胞、亚细胞和分子水平上探索疾病的成因和中医药疗效等。
1.光学显微镜技术
光学显微镜技术是研究细胞结构最重要的工具，在细胞生物学领域中应用最为广泛。近年来，随着多种现代生物学技术与光镜技术的结合，光学显微镜展示出更新的活力。目前光学显微镜已发展成多种类型，用于各类不同的研究目的。在细胞生物学中常用的有普通光学显微镜、荧光显微镜、激光扫描共焦显微镜、相差显微镜，以及暗视野显微镜和微分干涉差显微镜等。
（1）普通光学显微镜技术：普通光学显微镜（简称光镜）是最常使用的显微镜，主要由3部分组成：聚光镜、物镜和目镜。光镜采用可见光作光源，分辨率为0.2μm，放大倍率为1000倍，其他几种显微镜都是在此基础上发展起来的。由于光镜的成像原理需要光束穿透被观察的样品，生物样品必须经过一系列的组织处理并制成1～10μm的切片。普通光学显微镜能观察染色的生物标本的结构，主要是因为光线通过染色标本时其颜色（光波的波长）和亮度（光波的振幅）发生变化，人的眼睛才能观察到。
（2）荧光显微镜技术：荧光显微镜是以各种特定波长光源激发生物标本中的荧光物质，从而产生各种可见颜色荧光的一种显微镜。荧光显微镜一般采用高压汞灯和弧光灯作为光源，在光源和反光镜之间放一组滤色片以产生特定波长的激发光，光谱一般从紫外到红外，从而激发各种荧光物质产生不同波长的发射光。利用荧光显微镜可研究荧光物质在组织和细胞内的分布，以达到对细胞的特定物质进行定性、定位和定量观察的目的。荧光的来源除了组织和细胞的自发荧光以外，主要通过荧光蛋白强制表达、荧光染料染色、免疫荧光技术3个途径造成。由于荧光显微镜技术染色简便、敏感度高而且图像色彩鲜明，所以是目前对特异蛋白质等生物大分子定性、定位的有力工具。
（3）激光扫描共焦显微镜：激光扫描共焦显微镜（Laser scanning confocal microscope，LSCM），也被称为激光扫描细胞仪（Laser scanning cytometer，LSC），自20世纪70年代问世以来很快得到迅速发展，成为分子细胞生物学的新一代研究工具。激光扫描共焦显微镜在显微镜基础上配置激光光源，扫描装置，共轭聚焦装置和检测系统，整套仪器均由计算机自动控制，专用软件监控和执行各组件之间的切换。LSCM的光源为激光，是单色性好的平行光，可无损伤地对样品作不同深度的层扫描和荧光强度测量。LSCM最常用的功能是荧光检测、三维重建和显微操作等，通过多种荧光探针或荧光连接抗体，可对细胞内离子、pH、各种蛋白质分子进行动态测定。
2.电子显微镜技术
电子显微镜技术简称电镜技术，它包括电子显微镜（Electronmicroscope）和样品制备技术（Techniques of sample preparation）两大方面。电子显微镜的基本原理与光学显微镜相同，但光源和透镜有所不同，电镜利用电子束作光源、电磁场作透镜，因而最佳分辨率可达1～2A◦，放大倍率达150万倍。样品制备技术是制作电镜标本的综合技术，比光学显微镜制片过程更精细和复杂，它包括普通样品制备技术（如超薄切片技术）和特殊样品制备技术（如电镜酶细胞化学技术）。电子显微镜技术是研究细胞超微结构最重要的手段，广泛应用于医学生物学等各个学科，在现代医学科学研究和临床疾病的诊断中发挥着重要作用。电子显微镜是以电子束作为光源、电磁场作透镜、具有高分辨率和放大倍率的显微镜。电镜的类型也是利用电子信号的不同和成像的不同而进行分类，主要分为透射电子显微电镜、扫描电子显微电镜、分析电子显微镜和高压电子显微镜。
（1）透射电子显微镜：西门子公司在1936年制造了第一台商用透射电子显微镜（Transmission electron microscope，TEM），其分辨能力显著优于光学显微镜分辨极限，从而TEM开始受到人们的重视。TEM是用电子束照射标本，用电子透镜收集穿透标本的电子并放大成像，用以显示物体超微结构的装置，透射电镜所产生的图像是平面的。它的分辨率可达0.2nm，放大倍数可达40万～100万倍。
TEM的问世，首先促进了组织学、细胞学、病毒学的发展，为分子生物学、分子病理学、分子遗传学、分子药理学新学科的诞生打下了基础提供了前提，开创了病毒和亚细胞分子结构的新时代。在细胞学方面，可清晰地观察到细胞核、线粒体、叶绿体、内质网、高尔基器、溶酶体等的精细结构及各细胞器间的相互联系；在病毒方面，至今已发现的400多种有感染病毒，有些直接在电镜下被发现，有的是由电镜引路，有些由电镜在形态上加以证实，大大深化了人们对病毒的认识；在癌病防治中，TEM作为超微结构形态学的检验指标，发挥独特作用。特别是引起癌病的病毒鉴定及细胞超微结构的形态变化，将依赖于电镜技术。在分子生物学方面，利用TEM技术研究蛋白质、酶、核酸（DNA、RNA）的分子结构、合成机制（观察进行转录和翻译过程的基因片断）以及直观地从分子水平上研究遗传问题已取得一定成绩，今后一定为解释生命之谜显示重大威力。
（2）扫描电子显微镜：扫描电镜主要是利用二次电子成像，其成像原理完全不同于透射电镜。扫描电镜可观察研究组织、细胞表面或断裂面的三维立体结构。扫描电镜之所以能够在许多领域内得到广泛的应用，主要是扫描电镜有许多突出的优点。
扫描电镜能直接观察较大体积样品表面的三维立体结构，具有明显的真实感，这弥补了透射电镜的不足，因为透射电镜分辨率虽高，但样品必须是薄切片，因而只能观察体的二维平面结构。正因为如此，所以扫描电镜在工业上应用非常广泛。
放大范围很宽，可以从10～20倍与10万～20万倍连续变化。即使在高倍观察时也能获得足够清晰的图像。
样品制备非常方便，如果是金属导电样品，直接就可以观察；如是非导电材料，只要镀上一层导电金属碳膜，就可以观察。因此样品处理比光镜和透射电镜要简单得多。
当透射电镜的放大倍数增加时，透镜的焦深和景深随之减小，而扫描电镜在放大数变化时焦距不变，景深也基本不变。因此，观察和照相都很方便。
便于对样品进行综合分析，如果同EDX、Anger电子谱及电子衍射等仪器结合，即构成分析电镜，可在观察形态结构的同时进行化学元素的成分分析。
由于扫描电镜的图像不是由透镜形成的几何光学图像，而是按照信号顺序依次记录的，因此，不仅可以避免透镜成像的缺陷，而且有利于图像分析与处理，把图像信号记录在磁盘上，便于以后需要时再现用计算机进行图像处理，进一步提高图像质量。
（3）分析电子显微镜：在生物医学研究中，功能变化与超微结构形态变化的统一研究，一直是困扰生物界的难题。因为许多生物体的功能变化，多为生物体内的元素、离子的浓度及位点变化所引起，要了解其功能变化，就必须知道与功能变化有关的元素、离子的浓度及位点变化，目前唯有结合了各种定位、定量分析附件的电镜（分析电镜），才能完成这独特的研究。在分析电镜出现以前，生物医学的形态学研究与功能学研究难以同步进行。众所周知，在生物医学研究中，所采取的方法学主要以功能学研究为主或以形态学研究为主。功能学主要研究各种离子（如钾、钠、钙、镁、磷、硫、氯）在生物组织内因其位点、浓度的变化而引起生物组织功能的变化；或者各种蛋白的空间结构变化引起生物组织功能的变化。计算机技术的高速发展，也使电镜的超微结构观察由二维平面转向三维。结合了计算机技术的分析电镜，可方便地对生物组织结构进行三维重组，进而获得生物组织的超微结构立体像，新型分析电镜是目前唯一一种在原子水平同时研究功能与形态结构的仪器，因此，分析电镜的出现，使电镜在生物医学中的应用产生了第二次热潮。
（4）高压电子显微镜：高压电镜通常是指加速电压为200kV以上的透射电子显微镜。高压电镜的基本原理与常规透镜相似，但体积要大得多，相当于2～3层楼房那样高，结构也很复杂。应用超高电压，可以获得高能电子束，高能电子束可以穿透较厚的样品，因此，对样品制备非常有利。高压电镜的样品室一般为环境样品室，因而有可能观察活体生物样品，这对生物医学研究有着广阔的前景。目前已取得了一些成果，如培养细胞、血细胞方面的研究。高压电镜的价格很高，而且维护困难，所以一般只在国家级的研究中心应用。
（二）染色方法
组织病理染色技术是医学领域中必不可少的基本实验方法，在教学、科研和临床病理诊断方面具有重要价值。组织病理染色技术主要利用各种染料的化学和物理学特性显示组织和细胞的形态结构。并研究疾病的病理变化及其发生发展过程。染色的种类方法很多，在中医药研究中，组织细胞染色常用苏木素-伊红染色（Hematoxylin-eosin staining，HE染色）和 Masson染色；血细胞染色常用瑞氏染色和吉姆萨染色等。
HE染色是生物学尤其是医学领域中组织学、病理学及细胞学等工作必不可少的最基本染色方法。其适用范围很广，各种固定、包埋方法制作的石蜡切片、冰冻切片、火神胶切片、树脂切片、细胞学涂片、印片等均适用HE染色方法来观察。HE染色主要用来显示各种组织正常成分和病变的一般形态，进行总体的观察，直到现在为止，病理组织学的基本知识，绝大部分都是从观察HE染色标本中得来。在质量较佳的HE染色切片，各种组织或细胞的一般形态结构特点都可以观察到，即使是为显示某些特殊或特征性的形态结构而采用相应的特殊染色方法，一般也是在观察HE染色标本的基础上提出，但是HE染色在进行组织学尤其是病理组织学形态观察时，往往存在一定程度的局限性，常常不能显示、区分或确定组织或细胞中某些正常或异常物质的性质，不能显示某种病变或病原体特殊或特征性的结构。因此必须借助于一些特殊染色方法来加以区别和判定。例如结缔组织的几种纤维成分如胶原纤维、弹力纤维、神经纤维以及纤维素等在HE染色中均呈红色，有时往往混淆不清，很难鉴别，需做Van Gisson、弹力纤维染色、神经纤维染色等加以区别。在HE染色中，淀粉样物质、玻璃样物质、一些中性黏液均呈粉红色，辨别时往往有困难，需做淀粉染色、AB-PAS染色来鉴别。在HE染色中，细胞内脂质因在制片过程中被溶，仅留下空泡状结构，有时如果是很细小的脂滴空泡则很难确定，这时须借助脂肪染色来加以区别。HE染色在观察细胞核物质结构及含量变化时也常不能令人满意。尤其在观察血涂片和淋巴组织切片或需要了解核物质中RNA和DNA含量的变化，常需要借助其他染色如姬姆萨染色。此外，对于细胞的某些特殊结构和产物如横纹肌的横纹、细胞线粒体以及很多病原微生物的识别，都必须用特殊染色的方法来加以鉴别。