Mikroskopie

  Als Mikroskopie wird jedwede 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 zugeordnet.

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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 weiter durch den Einsatz von Feinmechanik, Motorik und Computereinsatz 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.

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 so genannte „grampositive Bakterien“ 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 dafür Licht, das von dem zu betrachtenden Objekt reflektiert wird 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 hierbei 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 Ausnützung 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
• Mikroskop