Das Mikroskop, ein Wunder der Technik

Das Mikroskop ist ein Instrument, das vergrößerte Bilder kleiner Objekte erzeugt und dem Betrachter eine äußerst genaue Sicht auf winzige Strukturen, in einem für die Untersuchung und Analyse geeigneten Maßstab ermöglicht. Hierbei können Mikroskope ein dynamisches Bild oder ein statisches Bild erzeugen.

Die Vergrößerungskraft eines Mikroskops ist ein Ausdruck dafür, wie oft das untersuchte Objekt vergrößert zu sein scheint wobei es hierbei um ein dimensionsloses Verhältnis handelt. Es wird normalerweise in der Form 10 × (für ein 10-fach vergrößertes Bild) ausgedrückt, wobei das x für die Multiplikation steht. Die Auflösung eines Mikroskops ist ein Maß, für das kleinste Detail des Objekts, das beobachtet werden kann. Die Auflösung wird hier in linearen Einheiten ausgedrückt, üblicherweise in Mikrometern (μm).

Das bekannteste Mikroskop ist das sogenannte Lichtmikroskop, bei dem Glaslinsen zur Erzeugung des Bildes verwendet werden. Lichtmikroskope bestehen zumeist aus einzelnen Linsen oder eben aus einer Verbindung, die aus mehreren optischen Komponenten zusammengesetzt sind. Das Okular kann etwa 3 bis 20-fach vergrößern. Einfache Mikroskope mit einer Linse, können bis zu 300-fach vergrößern und beispielsweise Bakterien ersichtlich werden lassen. Ein einfaches Mikroskop kann unter 1 Mikrometer (μm; ein Millionstel Meter) auflösen; Ein Verbundmikroskop kann bis zu etwa 0,2 μm auflösen.

Anwendungen in der Mikroskopie

Beobachtete Objekte können durch Mikroskop Fotografie aufgenommen werden, eine Technik. Dies ist in der Tat als Mikrophotographie bekannt. Seit dem 19. Jahrhundert wurde dies auch mit bewegtem Bild möglich, wobei heutzutage die digitale Bildgebung der Standard ist. Einige digitale Mikroskope verzichten auf ein Okular und liefern die Bilder direkt auf den Computerbildschirm. Dies hat zu einer neuen Serie kostengünstiger digitaler Mikroskope mit einer Vielzahl von Bildgebungsmöglichkeiten geführt, einschließlich der Zeitraffer-Mikrografie, was zuvor ein komplexes und kostspieliges Anwendungsgebiet war.

Andere Arten von Mikroskopen nutzen verschiedene physikalische Prozesse, um Bilder zu erzeugen. Das wichtigste hier was das Elektronenmikroskop, das bei seiner Bilderzeugung einen Elektronenstrahl verwendet. Das Transmissionselektronenmikroskop (TEM) hat eine Vergrößerungskraft von mehr als 1.000.000 ×. Transmissionselektronenmikroskop erzeugen Bilder von dünnen Proben, typischerweise Schnitten, in einem nahen Vakuum. Ein Rasterelektronenmikroskop (REM) hingegen, das in einer konturierten Probe ein reflektiertes Reliefbild erzeugt, hat normalerweise eine niedrigere Auflösung als ein Transmissionselektronenmikroskop, kann jedoch feste Oberflächen auf eine Weise sichtbar machen, die das herkömmliche Elektronenmikroskop nicht schafft.

Es gibt sogar Mikroskope, die Laser, Schall oder Röntgenstrahlen verwenden. Hierzu gehören das Rastertunnelmikroskop (STM), mit dem Bilder von Atomen erzeugt werden, und das Umgebungs-Rasterelektronenmikroskop (ESEM), mit dem Bilder mit Elektronen von Proben in einer gasförmigen Umgebung erzeugt werden können.

Geschichte der klassischen Lichtmikroskope

Das Konzept der Vergrößerung ist seit langem bekannt. Es gab zwar noch kein Mikroskop, jedoch wurden bereits erste Anmerkungen zu Vergrößerungen von Objekten gemacht. Um 1267 schrieb der englische Philosoph Roger Bacon in Perspectiva, dass er nun durch eine bestimmte Methode, die kleinsten Staub- und Sandpartikel nummerieren könne. Um 1538  dann schrieb der italienische Arzt Girolamo Fracastoro, dass wenn man durch zwei Brillengläser schaut, die übereinander liegen, alles gleich viel größer sieht.

Drei niederländische Brillenmacher, Hans Jansen, sein Sohn Zacharias Jansen und Hans Lippershey,  haben dann für die Erfindung des Verbundmikroskops um 1590 die erste Anerkennung erhalten. Die erste Darstellung eines Mikroskops wurde um 1631 in den Niederlanden gezeichnet.

Das Prinzip eines Mikroskops

Das einfache Mikroskop besteht aus einer einzelnen Linse, die traditionell als Lupe bezeichnet wird. Heutige Linsen mit höherer Vergrößerung werden häufig aus zwei Glaselementen hergestellt, die ein farbkorrigiertes Bild erzeugen. Sie haben eine zylindrische Form und können unmittelbar vor das Auge gehalten werden. Diese werden im Allgemeinen als Augenlupen oder Juwelierlinsen bezeichnet. Das traditionelle einfache Mikroskop wurde mit einer einzigen Vergrößerungslinse hergestellt, die häufig eine ausreichende optische Qualität aufwies, um mikroskopische Organismen einschließlich Hydra und Protisten untersuchen zu können.

Die Einschränkungen der Auflösung (und damit der Vergrößerungsleistung), die durch die Einschränkungen eines einfachen Mikroskops auferlegt werden, können durch die Verwendung eines Verbundmikroskops überwunden werden, bei dem das Bild durch zwei Linsenarrays erzeugt wird. Eines davon, das Objektiv, hat eine kurze Brennweite und befindet sich in der Nähe des zu untersuchenden Objekts. Es wird verwendet, um ein reales Bild in der vorderen Brennebene der zweiten Linse, des Okulars zu erzeugen. Das Okular bildet ein vergrößertes virtuelles Bild, das vom Nutzer betrachtet werden kann. Die Vergrößerungskraft des Verbundmikroskops ergibt sich aus der Vergrößerung der Objektivlinse und der des Okulars.

Zusätzlich zu diesen beiden Linsenarrays besteht ein Verbundmikroskop aus einem Körperrohr, in dem die Linsen untergebracht und in einem angemessenen Abstand voneinander gehalten wird;

  1. eine Kondensorlinse, die unter dem Probentisch liegt und Licht auf die Probe fokussiert; und
  2. ein Beleuchtungssystem, das entweder Licht durch das zu untersuchende Objekt durchlässt oder dieses reflektiert.

Es muss auch ein Verfahren zum Fokussieren des Mikroskops bereitgestellt werden, üblicherweise mit Grob- und Feinfokussierungssteuerungen.

Die Grundform eines Verbundmikroskops ist monokular. Was heißt das? Es wird ein einzelnes Röhrchen verwendet, wobei sich das Objektiv an einem Ende und ein einzelnes Okular am anderen befindet. Um das Betrachten mit zwei Augen zu ermöglichen und dadurch den Komfort und die Sehschärfe zu erhöhen, kann ein einzelnes Objektiv in einem Fernglas verwendet werden, das mit einem passenden Okularpaar ausgestattet ist.

Mit diesem kleinen Ratgeber kann, wird das Mikroskop nun hoffentlich ein wenig besser verstanden.

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Verena Walter

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