Geschichte des Mikroskops

Wie sich das Lichtmikroskop entwickelt hat.

Techniker mit Elektronenrastermikroskop, erhöhte Ansicht

Tom Graves/The Image Bank/Getty Images





Während dieser historischen Periode, die als Renaissance bekannt ist, nach der „Dunkelheit“ Mittelalter , kam es zu den Erfindungen von Drucken , Schießpulver und die des Seefahrers Kompass , gefolgt von der Entdeckung Amerikas. Ebenso bemerkenswert war die Erfindung des Lichtmikroskops: ein Instrument, das es dem menschlichen Auge ermöglicht, mithilfe einer Linse oder Kombinationen von Linsen vergrößerte Bilder von winzigen Objekten zu betrachten. Es machte die faszinierenden Details von Welten innerhalb von Welten sichtbar.

Erfindung der Glaslinsen

Vor langer Zeit, in der verschwommenen, nicht aufgezeichneten Vergangenheit, nahm jemand ein Stück transparenten Kristalls, der in der Mitte dicker war als an den Rändern, schaute hindurch und entdeckte, 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 setzen würde. Lupen und „Brenngläser“ oder „Lupen“ werden in den Schriften von Seneca und Plinius dem Älteren, römischen Philosophen im ersten Jahrhundert nach Christus, erwähnt, aber anscheinend wurden sie bis zur Erfindung nicht viel verwendetBrille, gegen Ende des 13. Jahrhunderts. Sie wurden Linsen genannt, weil sie wie die Samen einer Linse geformt sind.



Das früheste einfache Mikroskop war lediglich eine Röhre mit einer Platte für das Objekt an einem Ende und einer Linse am anderen, die eine Vergrößerung von weniger als zehn Durchmessern ergab – das Zehnfache der tatsächlichen Größe. Diese aufgeregten allgemeinen Wunder, wenn sie verwendet wurden, um Flöhe oder winzige kriechende Dinge zu sehen, wurden daher als 'Flohgläser' bezeichnet.

Geburt des Lichtmikroskops

Um 1590 entdeckten zwei niederländische Brillenmacher, Zaccharias Janssen und sein Sohn Hans, als sie mit mehreren Linsen in einer Röhre experimentierten, dass Objekte in der Nähe stark vergrößert erschienen. Das war der Vorläufer des zusammengesetzten Mikroskops und des Teleskop . 1609, Galilei , Vater der modernen Physik und Astronomie, hörte von diesen frühen Experimenten, arbeitete die Prinzipien von Linsen aus und baute ein viel besseres Instrument mit einer Fokussiervorrichtung.



Anton van Leeuwenhoek (1632-1723)

Der Vater der Mikroskopie, Anton van Leeuwenhoek aus Holland, begann als Lehrling in einem Textilgeschäft, wo mit Lupen die Fäden in Stoffen gezählt wurden. Er brachte sich selbst neue Methoden zum Schleifen und Polieren winziger Linsen mit großer Krümmung bei, die Vergrößerungen bis zu 270 Durchmessern ergaben, die damals besten bekannten. Diese führten zum Bau seiner Mikroskope und zu den biologischen Entdeckungen, für die er berühmt ist. Er hat als erster Bakterien, Hefepflanzen, das wimmelnde Leben in einem Wassertropfen und die Zirkulation von Blutkörperchen in Kapillaren gesehen und beschrieben. Während seines langen Lebens benutzte er seine Objektive, um bahnbrechende Studien über eine außergewöhnliche Vielfalt von lebenden und nicht lebenden Dingen durchzuführen, 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 über die 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 Mitte des 19. Jahrhunderts nur wenige größere Verbesserungen vorgenommen. Dann begannen mehrere europäische Länder mit der Herstellung feiner optischer Geräte, aber keines war feiner als die wunderbaren Instrumente, die der Amerikaner Charles A. Spencer und die von ihm gegründete Industrie baute. Heutige Instrumente, die nur wenig verändert wurden, geben Vergrößerungen bis zu 1250 Durchmessern bei normalem Licht und bis zu 5000 bei blauem Licht.

Jenseits des Lichtmikroskops

Ein Lichtmikroskop, selbst eines mit perfekten Linsen und perfekter Beleuchtung, kann einfach nicht verwendet werden, um Objekte zu unterscheiden, die kleiner als die halbe Lichtwellenlänge sind. Weißes Licht hat eine durchschnittliche Wellenlänge von 0,55 Mikrometern, wovon die Hälfte 0,275 Mikrometer beträgt. (Ein Mikrometer ist ein tausendstel Millimeter, und ein Zoll entspricht ungefähr 25.000 Mikrometern. Mikrometer werden auch als Mikrometer bezeichnet.) Alle zwei Linien, die näher beieinander als 0,275 Mikrometer liegen, werden als eine einzelne Linie angesehen, und jedes Objekt mit einem Durchmesser kleiner als 0,275 Mikrometer sind unsichtbar oder zeigen sich bestenfalls als Unschärfe. Um winzige Partikel unter einem Mikroskop zu sehen, müssen Wissenschaftler das Licht vollständig umgehen und eine andere Art von „Beleuchtung“ verwenden, eine mit einer kürzeren Wellenlänge.



Das Elektronenmikroskop

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

In einem solchen Mikroskop werden Elektronen im Vakuum beschleunigt, bis ihre Wellenlänge extrem kurz ist, nur ein Hunderttausendstel der Wellenlänge von weißem Licht. Strahlen dieser sich schnell bewegenden Elektronen werden auf eine Zellprobe fokussiert und von den Teilen der Zelle absorbiert oder gestreut, um ein Bild auf einer elektronenempfindlichen fotografischen Platte zu erzeugen.



Leistung des Elektronenmikroskops

Wenn sie an ihre Grenzen getrieben werden, können Elektronenmikroskope 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 etwa 10 Angström „sehen“ – eine unglaubliche Leistung, denn obwohl dies Atome nicht sichtbar macht, ermöglicht es Forschern, einzelne Moleküle von biologischer Bedeutung zu unterscheiden. Tatsächlich kann es Objekte bis zu 1 Million Mal vergrößern. Dennoch leiden alle Elektronenmikroskope an einem schwerwiegenden Nachteil. Da kein lebendes Exemplar unter ihrem Hochvakuum überleben kann, können sie die ständig wechselnden Bewegungen, die eine lebende Zelle charakterisieren, nicht zeigen.

Lichtmikroskop gegen Elektronenmikroskop

Mit einem handtellergroßen Instrument konnte Anton van Leeuwenhoek die Bewegungen einzelliger Organismen untersuchen. Moderne Nachkommen des Lichtmikroskops von van Leeuwenhoek können über 6 Fuß groß werden, aber sie sind für Zellbiologen weiterhin unverzichtbar, da Lichtmikroskope es dem Benutzer im Gegensatz zu Elektronenmikroskopen ermöglichen, lebende Zellen in Aktion zu sehen. Die primäre Herausforderung für Lichtmikroskopiker seit van Leeuwenhoek bestand darin, den Kontrast zwischen hellen Zellen und ihrer helleren Umgebung zu verstärken, damit Zellstrukturen und -bewegungen besser gesehen werden können. Dazu haben sie ausgeklügelte Strategien mit Videokameras, polarisiertem Licht, Digitalisierung von Computern und anderen Techniken entwickelt, die enorme Verbesserungen bringen, im Gegensatz dazu eine Renaissance der Lichtmikroskopie befeuern.