Die Mikroskopie

Fach Fach

Klasse 9

Autor Joker2017

Veröffentlicht am 01.05.2018

Schlagwörter

Mikroskopie

Zusammenfassung

Dieses Referat beschäftigt sich mit dem Thema der Mikroskopie. Es werden verschiedene Mikroskopieverfahren aufgezeigt und die jeweiligen Vorteile und Nachteile erklärt. Außerdem werden Anwendungsbeispiele genannt.

Mikroskopie

Das optische Auflösungsvermögen eines handelsüblichen Lichtmikroskops ist ungefähr 200 bis 500 Mal stärker als das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges. Diese liegt bei maximal 0,2 bis 0,5 Mikrometern. Wenn zwei Punkte genau diesen Abstand haben, ist es überhaupt möglich, dass diese von einem hochauflösenden Objektiv noch getrennt abgebildet werden können. Ist der Abstand zu klein, so bildet das Objektiv nur einen einzigen Punkt ab. Diese vom Objektiv abgebildeten Punkte werden dann vom Okular so stark vergrößert, dass sie für das Auge als getrennte Punkte wahrgenommen werden können. Damit der Betrachter das maximale Auflösungsvermögen des Mikroskops komplett ausnutzen kann, sollte dieses einen Vergrößerungsfaktor von 1200 bis 1500 haben.

Dies macht allerdings nur dann Sinn, wenn das Objektiv ein hohes Auflösungsvermögen besitzt, da mangelnde Objektivauflösung kann vom Okular nicht ausgeglichen und korrigiert werden. Durch noch so starke Okularvergrößerung wird kein weiteres Detail des Objektes unterhalb von etwa 0,2 Mikrometern sichtbar, da das Bild zwar größer aber auch deutlich unschärfer „verschwommener“ wird. Die Entwicklung und der Fortschritt der physikalischen Grundlagen optischer Abbildungen durch Ernst Abbe brachte die Möglichkeit zur Verbesserung der Mikroskope. Die theoretische Leistungsfähigkeit eines Mikroskops hängt von der Qualität des Objektivs und ganz besonders von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes ab.

Je kleiner die Wellenlänge des Lichtes ist, desto besser ist das Auflösungsvermögen des Mikroskops. Damit durch das Mikroskop zwei Punkte aufgelöst werden können, muss die Wellenlänge des Lichts kleiner sein, als der Abstand der beiden Punkte zueinander. Beobachtet man mit dem Mikroskop Objekte, deren Bestandteile das Licht verschieden stark absorbieren, so erscheinen einige Teile heller und manche Teile dunkler als andere. Dies führte in der Vergangenheit zu zahlreichen Entdeckungen, wie beispielsweise der Entdeckung des Zellkerns und Chloroplasten. Einige Zellbestandteile unterscheiden sich jedoch nicht durch die Absorption des Lichtes. Daher entsteht im lichtmikroskopischen Bild kein Kontrast. Dennoch sind die Eigenschaften der Brechung des Lichts oft unterschiedlich, dies kann in Helligkeitsunterschiede umgesetzt werden. So können auch kontrastarme Strukturen innerhalb von Zellen sichtbar gemacht werden.

Um die Vorteile des Lichtmikroskopie optimal zu nutzen, empfiehlt sich die Herstellung und Nutzung von lichtmikroskopischen Präparaten. Diese müssen sehr dünn sein, damit sie von ausreichend Licht durchstrahlt werden können. Außerdem können durch das Anfärben dieser Objekte die Helligkeitsunterschiede verstärkt werden. Frische Präparate können durch Quetschung des Materials und bei Pflanzen mit Hilfe einer scharfen Rasierklinge hergestellt werden. Bei der Herstellung von Dauerpräparaten werden die Objekte vor dem Einbetten durch ein Fixiermittel, wie zum Beispiel Formaldehydlösung, fixiert. Die benachbarten Proteinmoleküle werden hierbei in den Zellen miteinander vernetzt und so in ihrer Lage festgesetzt. Entweder vor oder nach dem Schnitt findet dann in der Regel noch die Anfärbung statt.
Fluoreszenzmikroskopie

Die Fluoreszenzmikroskopie ist eine lichtmikroskopische Methode, welche Fluoreszenzfarbstoffe verwendet. Diese können ultraviolettes Licht und kurzwelliges sichtbares Licht absorbieren und einen Teil der Lichtenergie in Form einer längerwelligen Strahlung wieder abgeben. Die Strukturen eines solchen Präparates, welche sich aus den messbaren Unterschieden der Strahlung ergeben, können mit Hilfe des Fluoreszenzmikroskops nachgewiesen werden. Diese Methode ähnelt bis her hin, der Funktionsweise des klassischen Lichtmikroskops, allerdings werden hier zwei Filter vom beleuchteten Licht passiert.

Das erste befindet sich zwischen Lichtquelle und Präparat und lässt nur die Wellenlängen durch, welche den ausgewählten Fluoreszenzfarbstoff anregen. Der zweite Filter verhindert den Durchgang exakt diesen Lichtes und lässt lediglich die vom Farbstoff ausgesendeten Wellenlängen durch. Diese Methode der Mikroskopie findet zahlreiche Anwendung in der Medizin und Genetik. Beispiele hierfür sind die Bakteriologie und die Humangenetik.
Konfokale Mikroskopie

Die konfokale Mikroskopie ist ein Verfahren, bei dem ein scharf gebündelter Lichtstrahl punktförmig auf das Objekt fokussiert wird. Hierbei wird immer nur eine sehr dünne Schicht von maximal 0,5 Mikrometern Dicke erfasst. Ausschließlich dieser Bereich wird vom Objektiv abgebildet. Dies hat zur Folge, dass der Kontrast erhöht wird. Das liegt daran, dass weder oberhalb noch unterhalb der Ebene, auf welche der Lichtpunkt gerichtet ist, Streulicht entsteht.

Da immer nur ein kleiner Fleck des jeweiligen Objektes abgebildet werden kann, muss es nach und nach Punkt für Punkt abgetastet werden. Dieser Scanvorgang nimmt einige Zeit in Anspruch. Der Rechner setzt das Bild zeilenweise zu einem Rasterbild zusammen. Wenn nach und nach unterschiedliche Ebenen des Objektes angestrahlt werden, so ist es möglich ein dreidimensionales Bild zu erstellen, welches am Rechner gedreht und von allen Seiten betrachtet werden kann. Dies ist insbesondere im medizinischen Bereich von großer Bedeutung. Aus dem abgespeicherten Datensatz lassen sich optische Schnitte durch das Objekt erzeugen. Seit dem Ende der 1980er Jahre wird dieser Verfahren angewendet. Es hat bis heute erheblich zum medizinischen Fortschritt beigetragen.

Doch nicht nur in der Medizin, auch in der Technik und vielen weiteren Bereichen findet die Mikroskopie heutzutage Ihre Anwendung. Ein Beispiel für eine technische Anwendung ist die Suche von Materialfehlern und Beschädigungen, wie beispielsweise bei der Untersuchung von Schweißnähten. Ein Beispiel aus der Kunst liefert die Betrachtung von Kunstwerken und die Analyse ob es sich um ein Original des Künstlers oder eine Fälschung handelt. Die Anwendungsmöglichkeiten sind umfangreich und aufgrund der stetigen Verbesserung der Technik, kommen immer weitere Möglichkeiten hinzu.