Haben Sie sich jemals gefragt, wie die kleinsten Dinge aus der Nähe aussehen? Von einem Zuckerkorn im Kaffee über eine Haarsträhne bis hin zu Ihren Wangenzellen – mit bloßem Auge können Sie diese Dinge nicht sehen und genau untersuchen. Wenn diese Gegenstände schon schwer zu untersuchen sind, was ist dann erst mit den kleineren Teilen eines Organismus und anderen Dingen, die fast unsichtbar erscheinen? Genau dafür gibt es Mikroskope.
Was ist ein Mikroskop?
Ein Mikroskop, von den altgriechischen Wörtern mikrós oder „klein“ und skopeîn oder „schauen oder sehen“, ist ein Werkzeug, das verwendet wird, um kleinere Objekte zu betrachten, die das menschliche Auge sehen kann. Die Mikroskopie ist das wissenschaftliche Fachgebiet, mit dem kleinste Strukturen und Objekte durch ein Mikroskop untersucht werden.
Es war im 16. Jahrhundert, als das erste zusammengesetzte Mikroskop von Zacharias Janssen entdeckt und ihm zugeschrieben wurde. Durch die Platzierung eines Objekts am Ende einer Röhre und die Anbringung von zwei Linsen oben und unten an der Röhre, erkannten Zacharias und sein Vater Hans, dass das Objekt vergrößert wurde. Dank dieser Entdeckung wurden weitere Durchbrüche und Innovationen entwickelt, die zu den Mikroskopen führten, die wir heute verwenden.
Wie funktionieren Mikroskope?
Die einfachsten Mikroskope, die heute in verschiedenen Institutionen verwendet werden, nutzen eine Reihe von Linsen, die Licht sammeln, reflektieren und auf die Probe, also das zu untersuchende Objekt, fokussieren. Ohne das Vorhandensein von Licht können Mikroskope nicht funktionieren. Diese Art von Mikroskopen wird typischerweise in Forschungszentren, Schulen und Krankenhäusern verwendet.
Die Verwendung verschiedener Mikroskoplinsen fördert die Vergrößerung, ohne die Qualität des erzeugten Bildes zu verändern. Abgesehen von der Vergrößerung des Objektivs ist es auch wichtig, das Sichtfeld des Mikroskops zu bestimmen, um die Größe des Präparats genau zu messen. Außerdem haben die meisten Mikroskope binokulare Objektive, die aus zwei Linsen und einem Prisma bestehen, um das Bild auf beide Okulare aufzuteilen, durch die Sie hindurchschauen.
Am anderen Ende des Mikroskops befinden sich Objektivlinsen, die für das Sammeln und Konzentrieren des Lichts auf die Probe zuständig sind. Diese Objektivlinsen haben unterschiedliche Stärken, die durch Verstellen des Objektivrevolvers nacheinander eingesetzt werden können.
Ein Instrument, das Okular genannt wird, vergrößert das Objekt, indem es die Wellenlänge des Lichts verändert, das im Instrument verwendet wird, damit es funktioniert. Es gibt viele Arten von Okularen, die jeweils unterschiedliche Aufgaben erfüllen können. Die gebräuchlichsten Okulare sind die, die die Gasverdrängungs-Technologie zur Lichtversorgung nutzen. Das nächste gängige Okular ist das gaskorrigierte Modell. Das dritte gängige Okular ist das Modell mit Fotozelle.
Es gibt noch weitere Arten von Okularen, die je nach den Bedürfnissen des durchzuführenden Experiments verwendet werden. Wenn man lernt, wie ein Mikroskop funktioniert, können Forscher diese Okulare in ihren Experimenten verwenden und so die Natur und ihre Funktionsweise besser studieren.
Mikroskope werden in der Regel durch Batterien oder durch mechanische Mechanismen angetrieben, um die Beobachtung von Objekten zu ermöglichen, die bis zu 10 Mal kleiner sind als ihre ursprüngliche Größe. Wenn ein mikroskopisches Präparat nicht richtig oder auf ungeeignete Weise behandelt wird, kann es das Bild verzerren und irreführende Ergebnisse liefern. Daher ist die Verwendung des richtigen Mikroskoptyps und die richtige Handhabung wichtig für die Betrachtung des gewählten Objekts.
Hier sind fünf Arten von Mikroskopen, ihre spezifischen Eigenschaften und Verwendungen:
- Einfaches Mikroskop
Ein einfaches Mikroskop ist einfach ein großes Vergrößerungsglas mit einer kürzeren Brennweite, das einen konvexen Spiegel mit einem kleinen Brennbereich hat. Die gebräuchlichsten Beispiele für diesen Gerätetyp sind das Handobjektiv und das Okularobjektiv.
Wenn ein Material nahe an die Linse des Mikroskops gehalten wird, wird es fokussiert, und das ursprüngliche Objekt wird vergrößert und aufrechter. Dann wird ein Teil des Materials fokussiert, indem die beiden Kanten der Linse zusammengeführt werden. Dadurch entsteht ein kleineres, stärker fokussiertes Bild des Materials als der größere Bereich.
Da es sich nur um ein einfaches Mikroskop handelt, hat es nur eine Vergrößerungsstufe, je nachdem welche Linse verwendet wird. Daher werden einfache Mikroskope nur zum Ablesen und Vergrößern von nicht-komplexen Gegenständen verwendet. Zum Beispiel können Sie eine Lupe verwenden, um die Details einer Landkarte zu vergrößern.
- Zusammengesetztes Lichtmikroskop
Ein zusammengesetztes Mikroskop ist die häufigste Art von Mikroskopen, die heute verwendet wird, deren Mechanismus bereits erklärt wurde. Es ist im Grunde ein Mikroskop, das eine Linse oder eine Kamera hat, zwischen denen sich ein Verbundmedium befindet. Dieses Verbundmedium ermöglicht Vergrößerungen in einem sehr feinen Maßstab.
Während das einfache Mikroskop nur natürliches Licht benötigt, um das Objekt zu sehen, benötigt ein zusammengesetztes Lichtmikroskop einen Beleuchter, um die Probe zu betrachten. Dies sind die grundlegenden Spezifikationen eines zusammengesetzten Mikroskops:
- Vergrößerung: Dies bezieht sich darauf, dass das Präparat durch das Mikroskop durch Vergrößerung der Linsen größer aussieht. Die Vergrößerung ist eine quantifizierte Eigenschaft, die von 40x, 100x, 400x und bis zu 1000x reicht.
- Auflösung: Dies bezieht sich darauf, wie gut das Bild durch das Objektiv des Verbundmikroskops erfasst wird. Eine höhere Auflösung bedeutet, dass das Bild klarer und detaillierter ist. Außerdem hat es eine verbesserte visuelle Klarheit, da es mehr Vergrößerungsebenen hat.
- Kontrast: Wie in der Fotografie wird die Dunkelheit des Hintergrunds im Verhältnis zum Fokus oder der Probe als Kontrast bezeichnet. Ein hervorragender Kontrast wird typischerweise durch Färbung der Probe erreicht, so dass ihre Farben bei der Betrachtung im Mikroskop hervorstechen.
Kompositmikroskope sind äußerst nützlich für die Forschung in verschiedenen Bereichen. Es hat einen großen Einfluss auf die Wissenschaft und Technologie im Allgemeinen genommen. Einige seiner beliebten Anwendungen sind bei der Betrachtung eines wissenschaftlichen Exemplars für Bildungs- und Forschungszwecke. Wenn Sie ein Medizinstudium anstreben, werden Sie dieser Art von Mikroskop oft im Unterricht begegnen.
- Stereomikroskop
Das Stereomikroskop, Sezier- oder Stereomikroskop, ist eine Version der optischen Mikroskopie, die speziell für die Abbildung einer biologischen Probe mit geringer Vergrößerung entwickelt wurde. Es funktioniert, indem das Licht von der Oberfläche des Präparats reflektiert wird, anstatt durch das Medium des Präparats übertragen zu werden.
Dieser Mikroskoptyp wird häufig in Chemielabors eingesetzt, wo detailliertere, dreidimensionale Bilder benötigt werden, die mit einem Elektronenmikroskop oder einem anderen Hochleistungsmikroskop möglich wären. Während die Technologie der Stereomikroskopie schon seit über 100 Jahren existiert, sind Stereomikroskope erst seit kurzem im Labor im Einsatz und können qualitativ hochwertigere Bilder als je zuvor erzeugen.
Viele Menschen entscheiden sich für Stereoskope gegenüber anderen Mikroskopmodellen, weil sie je nach Bedarf qualitativ bessere Bilder erzeugen können. Außerdem sind diese Mikroskopmodelle weniger wartungsintensiv und kostengünstig. Stereomikroskop-Anwendungen beinhalten weniger gründliche mikroskopische Anforderungen, wie z. B. die Betrachtung von Fertigungsmaterialien, Leiterplattenarbeiten, Sezieren und Inspektion.
- Rasterelektronenmikroskop (SEM)
Ein Rasterelektronenmikroskop ist ein sehr beliebter Typ von Rasterelektronenmikroskopen, der Bilder eines Materials erzeugt, indem er die Probe mit einem leistungsstarken Elektronenstrahl abtastet. Die Elektronen, die mit den Atomen innerhalb der Probe wechselwirken, erzeugen verschiedene Signale, die Daten über die Struktur und Topographie des Materials enthalten. Die Bilder, die mit diesen Mikroskop-Instrumenten erzeugt werden, sind sehr genau und können mit Hilfe eines Mikroskop-Okulars oder einer Lupe in hoher Auflösung betrachtet werden.
Um angemessene Ergebnisse von einem REM zu erhalten, sollte die Probe oder das Präparat elektrisch leitend sein, damit die Elektronen an ihrer Oberfläche abprallen und so ein klares Bild erzeugen können. Damit die Probe elektrisch leitfähig genug wird, beschichtet man sie mit einer dünnen Schicht aus Metallen wie Gold.
Um die Bildqualität des REM zu verbessern, können verschiedene Techniken eingesetzt werden: Fluoreszenz-Imaging, Spitzenelektronenmikroskopie, Multi-Beam-Scanning und die Verwendung von kolloidalen Kristallen.
Zusätzlich ist es wichtig, das Mikroskop in einem guten Zustand zu verwenden, da dies die Qualität der Bilder, die Sie erhalten, beeinträchtigt. Mit all diesen Dingen können Sie ein großartiges Instrument haben, mit dem Sie die kleinstmögliche Probe betrachten und untersuchen können.
Nachfolgend sind die besten Anwendungen und Verwendungen eines Rasterelektronenmikroskops aufgeführt:
- Halbleiterinspektion
- Materialwissenschaft
- Medizinische Wissenschaft
- Forensische Untersuchung
- Boden- und Gesteinsprobennahme
- Nanodrähte für Gassensorik
- Kunst
- Transmissions Elektronenmikroskop (TEM)
Die Transmissions-Elektronenmikroskopie ist eine Methode der optischen Mikroskopie, bei der ein elektrischer Elektronenstrahl durch eine ungefärbte Probe gesendet wird, um ein optisches Bild der Probe zu erzeugen. Anstatt die Elektronen durch die Probe zu schicken, um sie abzutasten und abprallen zu lassen, wie es bei der REM-Methode der Fall ist, werden bei der TEM-Methode die Elektronen durch die dünne Probe geleitet. Bei der Probe handelt es sich in der Regel um eine ultradünne Scheibe von weniger als 50 Mikrometern Dicke oder um eine Elektrolytsuspension, die auf einem Gitter aus gitterartigen Platten aufgehängt ist.
Im Gegensatz zu gewöhnlichen Verbundmikroskopen haben TEMs eine erstaunliche Vergrößerung, die möglicherweise das 10.000-fache dessen beträgt, was Lichtmikroskope leisten, was es Forschern ermöglicht, außergewöhnlich kleine Proben zu betrachten. Es kann sogar die Anordnung der Atome innerhalb einer Probe veranschaulichen.
Aufgrund der Komplexität von TEMs sind sie extrem technisch und teuer. Studenten haben in der Regel keinen Zugang zu dieser Art von Mikroskopen, da sie für Wissenschaftler gedacht sind, die anspruchsvolle Arbeiten im Bereich der Nanotechnologie, der medizinischen Forschung, der Lebenswissenschaften, der biologischen Forschung, der Materialforschung, der Edelsteinkunde und der Metallurgie durchführen.
Die Proben erfordern jedoch eine detaillierte Vorbereitung, bei der sie in eine Vakuumkammer gelegt werden müssen. Daher können lebende Proben wie Protozoen nicht unter TEM untersucht werden. Die Proben können zwar gefärbt oder mit Chemikalien beschichtet werden, um ihre Struktur zu schützen, aber die Wahrscheinlichkeit, dass das Mikroskop die Probe trotzdem zerstört, ist größer. Trotz dieser Nachteile ist der Beitrag von Transmissionselektronenmikroskopen unübertroffen.
Mikroskope haben der Wissenschaft auf unzählige Arten und Weisen so viel zu bieten. Dank der Mikroskope können Studien und Lernprozesse, die eine Vergrößerung des Objekts erfordern, richtig durchgeführt werden. Mikroskope legen auch den Grundstein für weitere wissenschaftliche Entwicklungen in der Zukunft. Da das Verständnis der Welt für Technologie zunimmt, könnte es nur eine Frage der Zeit sein, bis sich Mikroskope in neue Typen verwandeln, die noch mehr Potenzial haben als die heutigen.