Wie treffe ich die richtige Auswahl eines Mikroskops?

Kompaktes Elektronenmikroskop

Man unterscheidet drei Arten von Mikroskopen: optische, elektronische und mit lokaler Sonde versehene Mikroskope Dieser Leitfaden beschreibt die Unterschiede.

• Optische Mikroskope arbeiten mit optischen Linsen, um das Bild zu formen, und gleichzeitig das Lichtstrahlenbündel zu steuern, um die Probe zu beleuchten. Mehrere Parameter (Art der Beleuchtung, Polarisierung, Spektralfiltrierung, Raumfiltrierung) können verändert werden, um verschiedene Beobachtungstechniken zu erhalten. Digitalmikroskope sind eine Art optische Mikroskope, bei denen das Auge des Beobachters durch eine Kamera ersetzt wird. Die Vergrößerungen der optischen Mikroskopie liegen bei 1000x.
• Elektronische Mikroskope: die Bestrahlung der Probe geschieht über ein Elektronenstrahlbündel. Die Vergrößerungen sind hier deutlich stärker als bei der optischen Mikroskopie und können eine 2-millionenfache Vergrößerung erreichen. Es gibt hauptsächlich zwei Arten elektronischer Mikroskope: Transmissions-Elektronen-Mikroskope (TEM) und Rasterelektronenmikroskope (SEM).
• Mikroskope mit Lokalsonde: Bei dieser Art der Mikroskopie wird eine Sonde nahe an die Oberfläche eines Objekts gebracht, um die Topographie einer Oberfläche zu bestimmen. Je nach verwendetem Mikroskop kann die räumliche Auflösung die atomare Ebene erreichen. Hier findet man z.B. Rasterkraftmikroskope (AFM) oder Nahfeldmikroskope (SNOM).

Im Gesundheitsbereich werden Mikroskope auf zahlreichen Gebieten eingesetzt:

• In der Medizin: Mikroskope gestatten Laboruntersuchungen, insbesondere zur Untersuchung von Proben und zur Suche nach Krankheitserregern wie Keime, Bakterien oder anderen tödlichen Mikro-Organismen. In der Histopathologie beispielsweise verwendet man Mikroskope zur Beobachtung von Gewebeproben zu Diagnosezwecken.
• Im Bereich der Biowissenschaften (Biologie): Mikroskope können für die Untersuchung von Mikro-Organismen verwendet werden, so z.B. ihres Zellaufbaus und  ihrer Entwicklungsmodi.
• In der Forensik (Gerichtsmedizin): Mikroskope werden zur Analyse von Beweismaterial verwendet, das an Tatorten gefunden wurde, um es vor Gericht zu präsentieren. Elemente wie Staub, Glas, Stoffreste, Körperflüssigkeite, Haare, Tinte und Mikro-Organismen können mit dem Mikroskop analysiert werden.
• In der Pharmaindustrie: Hier werden Mikroskope eingesetzt, um Sicherheit und Qualität der Produkte zu prüfen. Wissenschaftler analysieren Produkte unter einem Mikroskop, um eventuelle Fehler oder Verunreinigungen zu erkennen.
• In Lehranstalten: zahlreiche Modelle sind für praktische Arbeiten in Schulen oder Universitäten vorgesehen.
• In der Forschung

Es gibt zahlreiche mikroskopische Untersuchungstechniken, die je nach Art des verwendeten Mikroskops und des jeweiligen Anwendungsgebietes eingesetzt werden. Folgende sind die gegenwärtig am Häufigsten auf dem Mark angetroffenen:

Bildbeispiel Konfokalmikroskopie mit Laser-Abtastung

Optische Mikroskopie:

• Hellfeldmikroskopie (konventionnell): klassische Techniik, die es gestattet, das Weißlicht der Probe aufzunehmen. Man spricht auch von Hellfeldmikroskopie. Sie erfordert keine aufwendige Probenvorbereitung. Sie verfügt dagegen nur über einen geringen Kontrast und ist für dicke Proben ungeeignet.
• Dunkelfeldmikroskopie: hier wird das von der Quelle aufgenommene Licht nur schwach zum Objektiv des Mikroskops übertragen. Nur das von der Probe gestreute Licht wird durch das Objektiv gesammelt. Man spricht auch von Dunkelfeldmikroskopie. Ihre Aufgabe ist es, den Kontrast zu verbessern und die Proben zu beobachten, ohne sie färben zu müssen. Für dicke Proben bleibt sie ungeeignet.
• Mit Fluoreszenz: Hier wird das Licht wird von den Proben abgegeben. Diese können natürlich fluoreszieren oder fluoreszierend gemacht werden. Es handelt sich um eine hochsensible Technik, die dazu dient, gleichzeitig mehrere Strukturen über ihre Fluoreszenzfarben zu markieren und zu differenzieren. Sie ist weiterhin wirksam für die Beobachtung der biochemischen Dynamik der Proben.
• Konfokaltechnik mit Laserabtastung: die hier verwendete Lichtquelle ist ein Laser. Diese Technik wird sehr oft mit der Fluoreszenzmikroskopie gekoppelt. Sie bietet eine bessere Auflösung, geeignet für dicke oder großflächige Objekte. Sie ist ebenso effizient für die unbewegliche wie für die dynamische Beobachtung (Beispiel lebender Zellen). Das erforderliche Material ist jedoch sehr kostspielig und der verwendete Laser risikoträchtig.

In der elektronischen Mikroskopie:

Aufnahme eines Blutgerinnsels mt SEM-Technik

• Scanning (SEM): ein feiner Elektronenstrahl wird auf die zu beobachtende Probe abgegeben. Ihre Wechselwirkung führt zur Bildung von Sekundärelektronen. Diese werden erkannt und in Signale umgewandelt, die eine Rekonstruktion des Reliefbildes mit großer Tiefenschärfe ermöglichen.  Dennoch ist die Vorbereitung der Proben einschränkend. Sie müssen getrocknet werden und anschließend einem Verfahren unterzogen werden, um leitfähig zu werden (Fixierung der Gewebe, Reinigung).
• Transmission (TEM): Auf ähnliche Weise wird ein feiner Elektronenstrahl auf die Probe abgegeben. Hier sind es jedoch die Elektronen, die zuvor die Probe durchquert haben, die vom Mikroskop erfasst werden. Sie bieten eine bessere Auflösung als REM-Mikroskope. Die Proben müssen nach einem bestimmten Protokoll vorbereitet werden. Sie müssen sowohl ihre Struktur beibehalten als auch leitfähig sein, um den Elektronenstrahl durchzulassen.

Mikroskopie mit Lokalsonde:

• Rasterkraftmikroskopie (AFM): Dies ist eine Technik, die die Abstoßungskraft zwischen den Elektronenwolken auf der Probenoberfläche und der Elektronenwolke von der Mikroskopsonde nutzt. Diese Technik ermöglicht es, die Oberfläche einer Probe abzutasten, da sich die Sonde in alle Richtungen bewegen kann. Die Analyse des Sondenweges sowie die Messung der Wechselwirkungskräfte zwischen Sonde und Probe ermöglichen die Definition der Oberflächentopographie. Sie ist auf leitende und nichtleitende Proben anwendbar.
• Nahfeldmikroscopie (SNOM): Dies ist eine superauflösende Mikroskopietechnik. Sie ermöglicht die Überschreitung der Abbe-Grenze durch die Erkennung von evaneszenten Wellen. Der Lichtdetektor wird sehr nahe an der Oberfläche der Probe platziert. Wir beobachten also die schwindende Welle und nicht die gestreute Welle. Daher können wir Details sichtbar machen, die kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind.

Angesichts der großen Anzahl von Anwendungen, für die ein Mikroskop vorgesehen ist, sind die Kriterien je nach Endverwendung sehr unterschiedlich. Im Allgemeinen wird das Mikroskop auf der Grundlage von fünf Hauptmerkmalen ausgewählt: Vergrößerung, Beobachtungstechnik, Konfiguration, Anzahl der Okulare und Beleuchtungstyp.

• Die Gesamtvergrößerung des Mikroskops: sie stellt die Vergrößerung der Okulare multiplziert mit der des Objektivs dar.

• Mikroskopische Beobachtungstechnik

• Die Konfigurierung des Mikroskops: die meisten Mikroskope sind „gerade“ Mikroskope, d.h. dass das Licht von unten auf die Probe trifft und die Beobachtung von oben geschieht. Es gibt weiterhin inverse Mikroskope, bei denen die Lichtquelle sich oberhalb der Probe befindet und die Objektive darunter.

• Die Anzahl der Okulare: Es gibt monokulare, binokulare oder trinokulare Mikroskope.

• Die Art der Beleuchtung: meistens handelt es sich bei der Beleuchtung um LEDs oder Halogen.

Je nach Art der Mikroskopie und des Anwendungsgebietes ist eine Vielzahl von Zubehörteilen erhältlich und kompatibel. Es reicht von Kameras bis zu Displays und Zooms.

Mögliche Zubehörteile:

• Kameras: Kameras sind auf dem Objektiv montiert und ermöglichen Aufnahmen der analysierten Proben.
• Displays: Sie zeigen in Echtzeit an, was unter dem Mikroskop beobachtet wird, um die Betrachtung zu erleichtern.
• Diskussions-System: dieses Accessoire gestattet es, den Lichtstrahl zu teilen und ihn in zwei verschiedenen Objektiven anzuzeigen, damit zwei Beobachter die Probe gleichzeitig betrachten können
• Glasträger-Scanner: sie werden zum Scannen der zu beobachtenden Probe und zur Computerverarbeitung der gesammelten Bilder verwendet.
• Zoom: der Zoom ermöglicht eine kontinuierliche Vergrößerung der betrachteten Probe.
• Motorisierungssystem: wird zur Bewegung des Objektivhalters verwendet.