Mikroskop

Grundidee und Bedeutung

Ein Mikroskop ist ein Gerät, mit dem sich Objekte stark vergrößert betrachten oder bildlich darstellen lassen. Untersucht werden meist Objekte oder Strukturen, die kleiner sind als das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges. Als Mikroskopie bezeichnet man eine Technik, bei der ein Mikroskop eingesetzt wird.

Mikroskope sind besonders wichtige Hilfsmittel in der Biologie, Medizin und den Materialwissenschaften. Ihre Vergrößerungswirkung kann auf sehr unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhen. Zu den bekanntesten Gruppen gehören Lichtmikroskope, Elektronenmikroskope und Rastersondenmikroskope.

Abbilden und Abrastern

Klassische Lichtmikroskope arbeiten nach dem abbildenden Prinzip: Ähnlich wie bei einer Fotografie erzeugt eine Reihe von Linsen ein vollständiges Bild, das als Ganzes betrachtet oder aufgenommen werden kann.

Bei der rasternden Mikroskopie wird das Untersuchungsobjekt dagegen Punkt für Punkt und Zeile für Zeile abgetastet. Die einzelnen Bildpunkte des vergrößerten Bildes entstehen somit nacheinander. Dieses Vorgehen wird auch als Scanning bezeichnet. Beispiele dafür sind Laser-Scanning-Mikroskope, Elektronenmikroskope und Rasterkraftmikroskope.

Entwicklung und Auflösungsgrenzen

Die älteste bekannte Mikroskopietechnik ist die Lichtmikroskopie, die vermutlich um 1600 in den Niederlanden entwickelt wurde. Dabei betrachtet man ein Objekt durch Glaslinsen. Anfang des 17. Jahrhunderts erhielt das mit Objektiv und Okular ausgestattete Gerät in Anlehnung an das Wort „Teleskop“ den Namen Mikroskop. Um 1840 waren Vergrößerungen bis zum 500fachen möglich.

Die maximal mögliche Auflösung eines klassischen Lichtmikroskops hängt von der Wellenlänge des verwendeten Lichts ab. Sie ist im besten Fall auf etwa 0,2 Mikrometer begrenzt. Diese Grenze heißt Abbe-Limit, weil Ernst Abbe die zugrunde liegenden Gesetzmäßigkeiten Ende des 19. Jahrhunderts beschrieb. Mittlerweile gibt es einige Verfahren, die diese Grenze überwinden können.

Elektronenmikroskope werden seit den 1930er Jahren entwickelt. Sie erreichen eine höhere Auflösung, weil Elektronenstrahlen eine kleinere Wellenlänge als Licht haben. Rasterkraftmikroskope verwenden ein anderes Prinzip: Sehr feine Nadeln tasten die Oberfläche eines Objekts ab.

Weitere Mikroskopieverfahren

Lichtmikroskope, Elektronenmikroskope und Rastersondenmikroskope existieren jeweils in zahlreichen Varianten. Daneben beruhen weitere Mikroskope auf anderen physikalischen Prinzipien:

• Elektrochemische Scan-Mikroskopie
• Focused-Ion-Beam-Mikroskop (FIB)
• fotonisches Kraftmikroskop
• Helium-Ionen-Mikroskop
• Magnetresonanzmikroskop
• Neutronenmikroskop
• Raster-SQUID-Mikroskop
• Röntgenmikroskop
• Ultraschallmikroskop oder akustisches Mikroskop