Mikroskopie

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Großes Mikroskop von Carl Zeiss (1879)

Als Mikroskopie wird jede Technik bezeichnet, die zur Erzeugung von Bildern von Strukturen und Details verwendet wird, die ansonsten zu klein wären um vom menschlichen Auge wahrgenommen zu werden. Die direkt den menschlichen Sinnen zugängliche Größenordnung wird als mesoskopisch und die darüber hinausgehende als makroskopisch bezeichnet. Sie wird dem Bereich der Optik zugeordnet.

Geschichte

Das Mikroskop entwickelte sich aus der Lupe, die als Linse einen Wassertropfen einsetzte. Durch die Weiterentwicklung der Linsenschleiftechnik in Westeuropa, deren Ursprünge im arabischen Raum zu finden sind, entwickelten sich Teleskope, aber auch Mikroskope. Die Technik der Lichtmikroskopie wurde durch den Einsatz von künstlicher Beleuchtung, einem besseren Verständnis der mathematischen Grundlagen und den Einsatz von Feinmechanik, Motorik und Computern verbessert. Fortschritte im Verständnis der Wellenausbreitung des Lichts, aber auch von Elektronen ermöglichte eine schlagartige Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten. Als Beispiel der kontinuierlichen Weiterentwicklung wird hier das Mikroskop von John Cuff, einem britischen Mikroskopbauer, gezeigt. Sein Mikroskop zeichnete sich vor allem durch den besseren Zugriff auf das Untersuchungsobjekt aus, indem er auf die zuvor üblichen Dreibeinständer verzichtete und einen Einhand- Fokussiermechanismus einbaute.

1588 - "Phytognomonica" von Giambattista della Porta erscheint, in der erstmals Pilzsporen beschrieben und in ihrer Funktion richtig gedeutet werden

um 1590 - Hans Jansen konstruiert möglicherweise ein Mikroskop, das von seinem Sohn Zacharias verbessert wird

1603 - Gründung der "Accademia dei lincei" (Akademie der Luchsäugigen) in Rom, die u. a. Experimente mit Vergrößerungen anstellt

1605 - Cornelis Jacobszoon Drebbel beschäftigte sich mit Linsen und erforscht Vergrößerungen

1665 - Robert Hooke baut mit Linsen das erste (dokumentierte) zweilinsige Lichtmikroskop. Damit erstellt er bis dahin unbekannte mikroskopische Zeichnungen pflanzlicher Zellen. Er veröffentlicht sein Buch „Micrographia“ 1665 mit zahlreichen mikroskopischen Zeichnungen.

1680 - Antoni van Leeuwenhoek lernte Linsen besonders hoher Qualität zu schleifen und baute erste Mikroskope (mit bis zu 270facher Vergrößerung). Er untersuchte u. a. das Kapillarsystem und Bakterien in Teichwasser und im menschlichen Speichel. Zur besseren Darstellung und Kontrastierung experimentierte er mit Farbstoffen und führte wahrscheinlich als erster Färbungen mikroskopischer Präparate durch.

1810 - Entdeckung der Lichtbrechung und der Polarisation des Lichtes durch Étienne Louis Malus.

1852 - Sir George Gabriel Stokes entdeckt am Mineral Flussspat die Fluoreszenz

1880 - Der Arzt Paul Ehrlich färbte schon in seiner Jugend mikroskopische Präparate. Er setzte die Mikroskopie konsequent zur Bekämpfung von Krankheiten ein und gilt u.a. als Vater der Chemotherapie.

1884 - Hans Christian Gram entwickelt eine Färbetechnik für bestimmte Bakterien. Heute „grampositiv“ genannte Bakterie färben sich damit violett. Das ist deshalb von Bedeutung, da grampositive Bakterien anders auf Antibiotika reagieren als gramnegative. Siehe auch Gram-Färbung

1938 - August Friedrich Ernst Ruska, Max Knoll und Bodo von Borries entwickeln das erste Elektronenmikroskop

1986 - Nobelpreis für Physik für Heinrich Rohrer und Ernst Ruska für die Entwicklung des Rastertunnelmikroskops (bis 1982).

Abbildende Mikroskopie

Bei der klassischen Lichtmikroskopie wird Licht, das von dem zu betrachtenden Objekt reflektiert oder durch dieses hindurchgeleitet wird, durch eine Reihe von Linsen gelenkt um dann vom Auge oder einer Kamera aufgenommen zu werden. Die Entwicklung der Mikroskopie revolutionierte vor allem die Biologie und bleibt ein wesentliches Hilfsmittel in den Naturwissenschaften.

Da das Auflösungsvermögen von der Wellenlänge des Lichts abhängig ist, wurden seit den 1930er Jahren Elektronenmikroskope entwickelt, die Elektronenstrahlen anstelle von Licht verwenden. Da Elektronenstrahlen eine kleinere de-Broglie-Wellenlänge haben, wird dadurch die erreichbare Auflösung stark erhöht. Im elektromagnetischen Bereich ist auch die Röntgenmikroskopie zu nennen.

Rasternde Mikroskopie

Bei einigen Arten von Mikroskopie wird das betrachtete Objekt Linie für Linie abgetastet. Beispiele hierfür sind das Rasterkraftmikroskop und das Rastertunnelmikroskop, im optischen Bereich das Nahfeldmikroskop sowie das Rasterelektronenmikroskop. Verbesserungen des Lichtmikroskopes in Verbindung mit rasternden Verfahren bieten die konfokale Mikroskopie, bei der die Strahlung durch eine Lochblende eingeengt wird, die Fluoreszenzmikroskopie, wo das Nachleuchten von Fluoreszenzfarbstoffen zur Auflösungsverbesserung genutzt wird, oder die Multiphotonenmikroskopie, die ebenfalls die Auflösung verbessert - hier aber mit probeneigenen Markermolekülen. Ein weiterer Schritt ist die Verbesserung der Tiefenauflösung, die einerseits durch Abrastern in der Tiefe erreicht werden kann, oder durch Ausnutzung weiterer Wellenphänomene, wie z.B. Holografie oder optische Kohärenztomografie.

Strukturanalyse

Die Strukturanalyseverfahren wie die Transmissionselektronenmikroskopie und Röntgenstrukturanalyse bilden den Übergangsbereich zu den abbildenden Verfahren.

Siehe auch

• Sehen durch Mikroskope

Literatur

• Dieter Gerlach: Geschichte der Mikroskopie. Harri Deutsch, Frankfurt 2007, ISBN 978-3-8171-1781-9
• Eckart Hillenkamp: Mikroskopie für Anfänger und Fortgeschrittene - eine detaillierte Einführung in die mikroskopische Praxis. Hillenkamp, Oberhausen 2002, ISBN 3-9808589-0-1
• Julian P. Heath: Dictionary of microscopy. Wiley & Sons, Chichester 2005, ISBN 978-0-470-01199-7
• Ashley R. Clarke, C. N. Eberhardt: Microscopy techniques for materials science. CRC Press, Boca Raton 2002, ISBN 0-8493-1552-2
• Randy Wayne: Light and Video Microscopy. Elsevier, Amsterdam 2009, ISBN 0-12-374234-X
• Andrew Briggs, Oleg Kolosov: Acoustic microscopy. Oxford Univ. Pr., Oxford 2008, ISBN 978-0-19-923273-4

Weblinks

• Lichtmikroskopie online: Theoretische Einführung und ausführliche Anleitungen zu einer Vielzahl mikroskopischer Techniken
• Links und Literatur rund um die Mikroskopie (Mikroskopie.de)
• DSLR am Mikroskop (Astroselbstbau.de)
• Ralf Nötzel, Adaption einer einfachen Digitalkamera an ein Mikroskop (Mikroskopie-muenchen.de, PDF, 8 S., 588 kB - vgl. [1])
• The Molecular Expressions Photo Gallery
• Froschschenkel im Minimaßstab - Moderne Version des Galvani-Experiments ermöglicht "Mikroskopie" biologischer Substanzen in extrem hoher Auflösung ("Bild der Wissenschaft", 10. November 2005)
• Mikroskop-Museum Die Geschichte des Lichtmikroskops in Wort und Bild. Vorstellung von über 100 antiken Mikroskopen
• Historische Mikroskope für die Wissenschaft mit Geschichten zu ihren Herstellern und Anwendern - illustriert mit über 3000 Fotos
• Eine Sammlung antiker Mikroskope
• Microscopy Information Grundlagen einfach erklärt (Englisch)
• Akustische Mikroskopie Einführung