Geschichte des Mikroskops

Während dieser als Renaissance bekannten historischen Periode, nach dem "dunklen" Mittelalter, wurden Drucke, Schießpulver und der Seefahrerkompass erfunden, gefolgt von der Entdeckung Amerikas. Ebenso bemerkenswert war die Erfindung des Lichtmikroskops: ein Instrument, mit dem das menschliche Auge mittels einer Linse oder Linsenkombinationen vergrößerte Bilder von winzigen Objekten betrachten kann. Es machte die faszinierenden Details der Welten in den Welten sichtbar.

Erfindung von Glaslinsen

Lange zuvor, in der verschwommenen, nicht aufgezeichneten Vergangenheit, nahm jemand ein Stück transparenten Kristalls auf, das in der Mitte dicker war als an den Rändern, sah es durch und stellte fest, dass es die Dinge größer aussehen ließ. Jemand fand auch heraus, dass ein solcher Kristall die Sonnenstrahlen bündeln und ein Stück Pergament oder Stoff in Brand stecken würde. Lupen und "brennende Gläser" oder "Vergrößerungsgläser" werden in den Schriften von Seneca und Plinius dem Älteren, römischen Philosophen im ersten Jahrhundert nach Christus, erwähnt, aber anscheinend wurden sie erst gegen Ende des 13. Jahrhunderts zur Erfindung von Brillen verwendet Jahrhundert. Sie wurden Linsen genannt, weil sie wie die Samen einer Linse geformt sind.

Das früheste einfache Mikroskop war lediglich ein Tubus mit einer Platte für das Objekt an einem Ende und einem Objektiv, das eine Vergrößerung von weniger als zehn Durchmessern aufwies - das Zehnfache der tatsächlichen Größe. Diese aufgeregten allgemeinen Wunder, wenn sie verwendet wurden, um Flöhe oder winzige kriechende Dinge zu betrachten, wurden als "Flohbrillen" bezeichnet.

Geburt des Lichtmikroskops

Um 1590 stellten zwei niederländische Brillenmacher, Zaccharias Janssen und sein Sohn Hans, beim Experimentieren mit mehreren Linsen in einer Röhre fest, dass Objekte in der Nähe stark vergrößert erschienen. Das war der Vorläufer des Verbundmikroskops und des Teleskops. Im Jahr 1609 erfuhr Galileo, der Vater der modernen Physik und Astronomie, von diesen frühen Experimenten, erarbeitete die Prinzipien der Linsen und baute ein viel besseres Instrument mit einem Fokussiergerät.

Anton van Leeuwenhoek (1632-1723)

Der Vater der Mikroskopie, Anton van Leeuwenhoek aus Holland, begann als Lehrling in einem Trockenwarengeschäft, in dem Lupen zum Zählen der Fäden in Stoffen verwendet wurden. Er brachte sich neue Methoden zum Schleifen und Polieren von winzigen Linsen mit großer Krümmung bei, die Vergrößerungen von bis zu 270 Durchmessern ermöglichten, die besten der damaligen Zeit. Diese führten zum Bau seiner Mikroskope und der biologischen Entdeckungen, für die er berühmt ist. Er war der erste, der Bakterien, Hefepflanzen, das Leben in einem Wassertropfen und die Zirkulation von Blutkörperchen in Kapillaren sah und beschrieb. Während seines langen Lebens benutzte er seine Linsen, um Pionierstudien über eine außergewöhnliche Vielfalt von Dingen zu machen, sowohl lebende als auch nicht lebende, und berichtete seine Ergebnisse in über hundert Briefen an die Royal Society of England und die French Academy.

Robert Hooke

Robert Hooke, der englische Vater der Mikroskopie, bestätigte Anton van Leeuwenhoeks Entdeckungen der Existenz winziger lebender Organismen in einem Wassertropfen. Hooke fertigte eine Kopie von Leeuwenhoeks Lichtmikroskop an und verbesserte dann sein Design.

Charles A. Spencer

Später wurden bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts nur wenige wesentliche Verbesserungen vorgenommen. Dann begannen mehrere europäische Länder, feine optische Geräte herzustellen, aber keines war besser als die wunderbaren Instrumente, die der Amerikaner Charles A. Spencer und die von ihm gegründete Industrie bauten. Die heutigen Instrumente haben sich nur geringfügig verändert und bieten Vergrößerungen von bis zu 1250 Durchmessern bei normalem Licht und bis zu 5000 bei blauem Licht.

Jenseits des Lichtmikroskops

Ein Lichtmikroskop, auch mit perfekten Linsen und perfekter Beleuchtung, kann einfach nicht zur Unterscheidung von Objekten verwendet werden, die kleiner als die halbe Wellenlänge des Lichts sind. Weißes Licht hat eine durchschnittliche Wellenlänge von 0,55 Mikrometern, von denen die Hälfte 0,275 Mikrometer beträgt. (Ein Mikrometer ist ein Tausendstel Millimeter, und es gibt ungefähr 25.000 Mikrometer pro Zoll. Mikrometer werden auch als Mikrometer bezeichnet.) Zwei Linien, die näher beieinander als 0,275 Mikrometer liegen, werden als eine einzelne Linie und jedes Objekt mit einem Durchmesser kleiner als 0,275 Mikrometer werden unsichtbar oder zeigen sich bestenfalls als Unschärfe. Um winzige Partikel unter dem Mikroskop zu sehen, müssen Wissenschaftler das Licht komplett umgehen und eine andere Art von "Beleuchtung" verwenden, eine mit einer kürzeren Wellenlänge.

Das Elektronenmikroskop

Die Einführung des Elektronenmikroskops in den 1930er Jahren füllte die Rechnung. Ernst Ruska wurde 1931 von den Deutschen Max Knoll und Ernst Ruska gemeinsam erfunden und erhielt 1986 für seine Erfindung die Hälfte des Nobelpreises für Physik. (Die andere Hälfte des Nobelpreises wurde für das STM zwischen Heinrich Rohrer und Gerd Binnig aufgeteilt.)

Bei dieser Art von Mikroskop werden Elektronen im Vakuum beschleunigt, bis ihre Wellenlänge extrem kurz ist und nur noch ein Hunderttausendstel derjenigen von weißem Licht beträgt. Die Strahlen dieser sich schnell bewegenden Elektronen werden auf eine Zellprobe fokussiert und von den Zellteilen absorbiert oder gestreut, um ein Bild auf einer elektronensensitiven photographischen Platte zu erzeugen.

Leistung des Elektronenmikroskops

Elektronenmikroskope können es ermöglichen, Objekte zu betrachten, die so klein sind wie der Durchmesser eines Atoms. Die meisten Elektronenmikroskope, die zur Untersuchung von biologischem Material verwendet werden, können bis zu 10 Angström "sehen" - eine unglaubliche Leistung, denn obwohl dies keine Atome sichtbar macht, können Forscher einzelne Moleküle von biologischer Bedeutung unterscheiden. Tatsächlich können Objekte bis zu 1 Million Mal vergrößert werden. Trotzdem haben alle Elektronenmikroskope einen gravierenden Nachteil. Da kein lebendes Exemplar unter ihrem Hochvakuum überleben kann, können sie die sich ständig ändernden Bewegungen, die eine lebende Zelle charakterisieren, nicht zeigen.

Lichtmikroskop Vs Elektronenmikroskop

Anton van Leeuwenhoek konnte mit einem handflächengroßen Instrument die Bewegungen einzelliger Organismen untersuchen. Moderne Nachfahren des Lichtmikroskops von van Leeuwenhoek können über zwei Meter groß sein, sind für Zellbiologen jedoch weiterhin unverzichtbar, da Lichtmikroskope im Gegensatz zu Elektronenmikroskopen den Benutzer in die Lage versetzen, lebende Zellen in Aktion zu sehen. Die größte Herausforderung für Lichtmikroskopiker seit van Leeuwenhoeks Zeit bestand darin, den Kontrast zwischen blassen Zellen und ihrer helleren Umgebung zu verbessern, damit Zellstrukturen und -bewegungen besser sichtbar werden. Zu diesem Zweck haben sie ausgeklügelte Strategien entwickelt, die Videokameras, polarisiertes Licht, die Digitalisierung von Computern und andere Techniken umfassen, die im Gegensatz dazu zu enormen Verbesserungen führen und eine Renaissance in der Lichtmikroskopie auslösen.