Verschiedene Arten von Mikroskopen in der Biologie

Ein Mikroskop ist ein Gerät, das es Menschen ermöglicht, Proben im Detail zu betrachten, die für das bloße Auge zu klein sind. Sie tun dies durch Vergrößerung und Auflösung. Die Vergrößerung gibt an, wie oft das Objekt innerhalb des Betrachtungsobjektivs vergrößert wird. Die Auflösung gibt an, wie detailliert das Objekt bei der Anzeige angezeigt wird. Mikroskope sind besonders in der Biologie nützlich, wo viele Biologen Organismen untersuchen, die zu klein sind, um sie ohne Hilfe zu sehen. Sie können Stereoskope, zusammengesetzte Mikroskope, konfokale Mikroskope, Elektronenmikroskope oder eines der spezialisierten Mikroskope innerhalb jeder Kategorie verwenden. Die zu beobachtende Probe bestimmt das benötigte Mikroskop.

Das Stereoskop, auch Seziermikroskop und Stereomikroskop genannt, ist ein lichtbeleuchtetes Mikroskop, das eine dreidimensionale Betrachtung einer Probe ermöglicht. Dies geschieht durch die Verwendung von zwei Okularen in unterschiedlichen Winkeln, die eigentlich nur ein Paar zusammengesetzter Mikroskope sind. Das Bild der Probe ist ebenfalls seitlich und aufrecht. Stereoskope haben jedoch im Vergleich zu zusammengesetzten Mikroskopen eine geringere Leistung. Bilder werden nur bis etwa 100x vergrößert. Stereoskope ermöglichen es Studenten und Wissenschaftlern, Proben während der Beobachtung zu manipulieren.

Wie Stereoskope werden zusammengesetzte Mikroskope mit Licht beleuchtet. Sie bieten eine zweidimensionale Ansicht einer beobachteten Probe, können jedoch Vergrößerungen zwischen 40x und 400x haben, mit stärkeren Versionen bis zu 2000x. Obwohl die Vergrößerung hoch sein kann, ist die Auflösung durch die Wellenlänge des Lichts begrenzt. Verbundmikroskope können keine Details mit einem Abstand von weniger als 200 Nanometern sehen. Unabhängig davon sind zusammengesetzte Mikroskope in vielen Biologieklassenzimmern und Forschungslabors zu finden.

Konfokalmikroskope sind ebenfalls Lichtmikroskope, haben aber die Vorteile sowohl von Stereoskopen als auch von zusammengesetzten Mikroskopen. Konfokale Mikroskope ermöglichen hohe Vergrößerungen von Präparaten mit dreidimensionalen Bildern. Sie haben auch höhere Auflösungen und können Details bis zu 120 Nanometer auseinander unterscheiden. Die gebräuchlichste Art von konfokalen Mikroskopen ist das Fluoreszenzmikroskop. Dieses Mikroskop verwendet intensives Licht, um die Moleküle einer Probe anzuregen. Diese Moleküle geben Licht oder Fluoreszenz ab, die beobachtet wird, was eine höhere Vergrößerung und Auflösung ermöglicht.

Das erste Elektronenmikroskop war ein 1931 in Deutschland von Max Knoll und Ernst Ruska erfundenes Transmissionselektronenmikroskop (TEM). Es wurde entwickelt, um Objekte stärker zu vergrößern, als Lichtmikroskope können. Wenn Lichtmikroskope bis zu 1000x oder bestenfalls 2000x vergrößern könnten, dann könnte das Elektronenmikroskop Objekte auf den 10.000x-Bereich vergrößern. Ein TEM funktioniert durch Fokussieren eines Strahls von Einzelenergieelektronen, der stark genug ist, um eine sehr dünne Probe zu durchdringen. Die resultierenden Bilder werden dann durch Elektronenbeugung oder direkte Elektronenabbildung betrachtet.

Es gibt Diskrepanzen darüber, wie das REM erfunden wurde, aber es wurde in den frühen 1930er Jahren entwickelt. Es dauerte jedoch bis 1965, als die Cambridge Instrument Company das erste REM auf den Markt brachte. Dies lag an der Komplexität der Scantechnologie des REM, die komplizierter zu verwenden war als die des TEM. Das REM arbeitet, indem es die Oberfläche einer Probe mit einem Elektronenstrahl abtastet. Dieser Strahl erzeugt verschiedene Signale, Sekundärelektronen, Röntgenstrahlen, Photonen und andere, die alle zur Charakterisierung der Probe beitragen. Die Signale werden auf einem Bildschirm angezeigt, der die Materialeigenschaften der Probe abbildet.