Durchblick mit dem Elektronenmikroskop

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Durchblick mit dem Elektronenmikroskop

Was ist ein Elektronenmikroskop und wie funktioniert es? Wir stellen die Erfindung der deutschen Forscher Ernst Ruska und Max Knoll aus dem Jahr 1931 vor.

Was ist ein Elektronenmikroskop?

Elektron ist griechisch und heißt Bernstein, weil man mit Bernstein erstmals das Phänomen der statischen Elektrizität entdeckte. Du kennst das Phänomen, wenn du etwas berührst und auf einmal bitzelt es: Eine statische Spannung hat sich entladen, die sich durch Gehen auf bestimmten Teppichfasern aufgebaut hat. Dabei haben sich kleine Ladungsträger, die Elektronen, an deinem Körper gesammelt. Wenn du etwas berührst fließt diese überschüssige Energie blitzartig ab.

Ein Mikroskop kennst du vielleicht aus der Schule: Man hat ein System aus mehreren Linsen, mit dem man ganz kleine Dinge stark vergrößern kann. Mit einem guten Lichtmikroskop kann man bis 1.500-fache Vergrößerung erzielen und erhält noch aussagekräftige Bilder. Mit Lichtmikroskopen wurde immerhin der Zellkern entdeckt oder die Chloroplasten, die Kraftwerke von Pflanzenzellen, in denen Licht in Energie umgewandelt wird.


Hier siehst du das Prinzip eines Elektronenmikroskops veranschaulicht: Die rechte Hand wird mit normalem Licht abgebildet, symbolisiert durch die recht groben Kiesel, was auch ein recht grobes Bild ergibt. Links symbolisieren viel kleinere Kiesel die kürzeren Wellen der Elektronen. Dadurch kann man ein viel feineres Bild der Hand erhalten.

Man kann zur Erzeugung eines Bildes auch Elektronenstrahlen verwenden statt Licht. Elektronenwellen sind viel kleiner als Lichtwellen und dadurch kann man auch viel feinere Details abbilden. Weil Elektronen geladene Teilchen sind, reagieren sie auf Magnetfelder. Solche Mikroskope verwenden also statt geschliffener Glaslinsen magnetische Linsen. Das sind Elektromagnete, deren Stärke und damit deren Bündelungskraft man steuern kann (siehe Bild oben rechts).

Glühende Drähte und Elektronenwolken

Der Elektronenstrahl wird durch einen glühenden Draht erzeugt. Der Draht glüht, weil sich die Elektronen förmlich in dem Draht drängeln und an den Atomen des Drahtes reiben. Erhöht man die Energie weiter, quetscht man also noch mehr Elektronen hinein, treten sie aus dem Draht wieder aus und bilden eine Elektronenwolke.

In einem luftleeren Gefäß kann man den Elektronenstrahl nun durch elektrische und magnetische Felder steuern und lenken. Das von Ruska konstruierte Mikroskop war ein sogenanntes Transmissionselektronenmikroskop. Das ist das elektronische Gegenstück zu einem Durchlichtmikroskop.


Feinschnitt

Das heißt aber auch, dass auch hier die Probe sehr dünn sein muss, damit der Elektronenstrahl sie durchdringen kann. Dazu verwendet man mechansiche Präzisionsschneidgeräte, so genannte Mikrotome (gr.: mikro=klein; tomein=schneiden). Die besten, so genannte Ultramikrotome, können eine einen Millimeter dicke Probe in 100.000 Schnitte unterteilen.

Hier siehst du Erbsubstanz, so genannte Plasmide, in 60.000-facher Vergrößerung.



Theoretisch kann der Strahl direkt auf eine Leuchtschicht, wie man sie auch im Fernsehen verwendet, gelenkt werden und sie zum Leuchten bringen. Heutzutage wird das Bild noch in einem Computer be- und verarbeitet. Moderne Geräte erlauben eine millionenfache Vergrößerung.

Ernst Ruska erhielt 1986 zusammen mit anderen, die sein Mikroskop weiterentwickelt haben, den Nobelpreis für Physik. Ruska starb am  27. Mai 1988 in Berlin.




Text: -jj- 23.12.2006 // Bilder: DNA sec11/GFDL; Illustrationen: WIW-Band 8: Das Mikroskop

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