Wie funktioniert ein Mikroskop?

Wie funktioniert ein Mikroskop

Bei einem Mikroskop handelt es sich um ein optisches Gerät, mit dem man besonders kleine Objekte um ein Vielfaches vergrößert betrachten kann. Man kann eine Gesamtvergrößerung bis zum 1000fachen der Objektgröße durch eine Vergrößerung in zwei Stufen erreichen. Zu den speziellen Arten von Mikroskopen zählen die Elektronenmikroskope. Mit diesen ist noch eine bedeutend höhere Vergrößerung möglich.

Erste Schritte im 17. Jahrhundert

Die ersten Mikroskope gab es (ebenso wie wie ersten Fernrohre) bereist im 17. Jahrhundert. Und zwar in Holland, wo die Glasschleiferkunst besonders weit war. In diesem Zusammenhang wird häufig Antoni van Leeuwenhoek als Erfinder des Mikroskops genannt. Zwar ist es wahrscheinlich, dass es schon vor ihm einfache Mikroskope gab, aber van Leeuwenhoek soll den Bau der einlinsigen Mikroskope perfektioniert haben. Bei diesen Mikroskopen handelte es sich eigentlich um extreme Lupen. Van Leeuwenhoek soll mit Hilfe seiner über 400 Mikroskope bedeutende Entdeckungen gemacht haben. Ihm gelang es, Linsen herzustellen, deren Brennweite im Bereich bei 1 mm lagen. Dadurch erreichten sie eine Vergrößerung, die bei einem Wert von ca. 200 lag. Zusätzlich hatte er seine Apparate mit einer gewissen Feinmechanik ausgestattet, mit der ein Scharfstellen auf die Probe sowie das richtige Positionieren der Probe möglich war.

Leeuwenhoek fand in seinem Zahnbelag als erster Bakterien, welche er skizzierte. Es konnte aber die Bedeutung der Bakterien für die Menschen zu dieser Zeit noch nicht erahnt werden. Das Mikroskop wurde im Laufe der Zeit ein bedeutendes Instrument bei der Entdeckung von Krankheitserregern. Ebenso entdeckte Leeuwenhoek den peripheren Blutkreislauf in den feinen Kapillaren. Er konnte so die Verbindung des arteriellen mit dem venösen Blutkreislauf erklären, was für die Mediziner bis dahin ein ungelöstes Problem war. Aber die spektakulärste Entdeckung von Leeuwenhoeks war sicherlich das menschliche Spermatozoen sowie die geschlechtliche Fortpflanzung aller Lebewesen.

Die optische sowie mechanische Qualität der Lichtmikroskope wurde in den dann folgenden Jahrhunderten stetig verbessert. In vielen Bereichen der Wissenschaft sind sie auch heute noch ein unverzichtbares Handwerkszeug. Allerdings sind der Vergrößerung mit Licht physikalische Grenzen gesetzt. Deshalb werden seit einer gewissen Zeit Elektronenmikroskope genutzt, um noch höhere Vergrößerungen zu erreichen. Mit Hilfe von ganz neuartigen Techniken (Raster-Tunnel-Mikroskop), kann man mittlerweile schon Atome darstellen.

Das richtige Mikroskop wählen

Man nutzt Mikroskope in vielen Anwendungsgebieten in der Wissenschaft und Industrie. So zum Beispiel bei der Qualitätskontrolle oder auch in Laboren. Mikroskope werden in zwei Hauptfamilien unterteilt: optische Mikroskope und elektronische Mikroskope. Es gilt, dass man natürlich für seine Bedürfnisse das richtige Mikroskop wählt. Wenn man ein Mikroskop kaufen möchte, wird man zum Beispiel:

  • ► Durchlichtmikroskope
  • ► Metallurgische Mikroskope
  • ► Polarisationsmikroskope
  • ► Stereomikroskope

finden.

Die Funktionsweise eines Mikroskops

Eigentlich ist die Funktionsweise recht einfach. Mit der Hilfe von Linsen kann man die Lichtstrahlen brechen. Dadurch entsteht ein optisch vergrößertes Zwischenbild. Das „reelle Zwischenbild“ des Objektivs wird dann mit einem Okular, welches die Wirkungsweise einer Lupe hat, zu einem „virtuellen Zwischenbild“ vergrößert. Es ist auch die Rede von einem „zusammengesetzten Mikroskop“, weil es sich prinzipiell um zwei Vergrößerungsschritte handelt. Bei einem Fernrohr erscheinen die Dinge nur aufgrund der weiten Entfernung klein und mit einem Mikroskop kann man Dinge vergrößern, welche sich in einem kurzen Abstand zum Auge befinden.

Damit man die Funktionsweise eines Mikroskops genau versteht, muss man über einige grundlegende Kenntnisse optischer Phänomene verfügen.

Die Funktion einer Lupe

Um verstehen zu können, wie ein Mikroskop funktioniert, muss man sich als erstes mit der Funktionsweise einer Lupe beschäftigen. Bei einer Lupe handelt es sich um eine Sammellinse, an der sich meist ein Griff befindet. Jetzt kann man sich fragen, warum die Lupe etwas vergrößern kann?

Das liegt daran, dass ein „virtuelles Bild“ durch die Linse erzeugt wird. Das vergrößerte virtuelle Bild wird dann auf der Netzhaut/Retina im Auge entsprechend größer abgebildet, man sieht also den jeweiligen Gegenstand größer.

Ein zusammengesetztes Mikroskop

Wie schon weiter oben erwähnt, besteht ein Mikroskop nun aus zwei Teilen, wobei das Objektiv im Mikroskop ein „reelles Bild“ erzeugt, welches mithilfe des Okulars (wirkt wie eine Lupe), weiter vergrößert wird. Es entsteht so ein typischer Strahlengang, welcher häufig für die Funktionsweise des Mikroskops hinzugezogen wird.

Optisches Mikroskop und Elektronenmikroskop

Der Hauptunterschied zwischen den beiden Typen von Mikroskopen besteht darin, wie das Licht durch die Probe oder durch die Präparation hindurchdringt. Das bestimmt die Qualität des Bildes.

Die auf einem Glasträger platzierte Probe wird bei dem optischen Mikroskop von Lichtstrahlen durchdrungen. Die Auflösung wird bei ca. 200 Nanometern liegen. Damit ist es zum Beispiel möglich, eine ganze Zelle zu untersuchen. Aber die Vergrößerung ist eher begrenzt und Details von weniger als 200 Nanometern können nicht untersucht werden.

Bein einem Elektronenmikroskop durchdringt ein Elektrostrahl die Probe. Dadurch wird die Vergrößerung stärker und das erhaltene Bild ist schwarz/weiß. Man kann aber im Anschluss die Farben am Computer digital hinzufügen. Solche Mikroskope werden zum Beispiel im medizinischen Bereich eingesetzt (jüngstes Beispiel: Nachweis von Affenpocken), aber auch in der Forschung.

Levent