Mikroskop Referat

schlechter. Antoni van Leeuwenhök wird allgemein dafür geehrt, dass er die Mikroskopie für die Biologie geöffnet hat. Einfache Lupen waren jedoch bereits im 16. Jahrhundert bekannt, und das Prinzip der Lupe von wassergefüllten Glasschalen wurde bereits von den Römern beschrieben. Leeuwenhök war jedoch brillant beim exakten Schleifen kleinster Linsen. Seine einfachen einlinigen Mikroskope waren umständlich in der Anwendung, aber da er nur mit einer Linse mikroskopierte, konnte er winzige Strukturen entdecken, die in Multilinsen-Systemen mit ansammelnden Linsendefekten bisher nicht darstellbar waren. So entdeckte Leeuwenhök die ersten Animalkulen, d.h. einzellige Bakterien und Protozoen. (In biologischen Klassifikationssystemen des 21. Jahrhunderts werden die Protozoen als eine vielfältige Gruppe einzelliger eukaryotischer Organismen definiert) Es dauerte 150 Jahre, bis das Verbundmikroskop die gleiche Bildqualität wie das einfache Mikroskop von Leeuwenhök lieferte. Wie macht man eine Vorbereitung? 1. Mit einer Pipette, (Eine Pipette ist ein in der Chemie, Biologie und Medizin übliches Laborwerkzeug zum Transport eines gemessenen Flüssigkeitsvolumens, oft als Medienspender), platzieren Sie einen kleinen Tropfen Wasser in der Mitte des Objektträgers. 2. Mit einer feinen Pinzette und einer Präpariernadel wird ein winziges Stück z.B. ein Algenfaden vorsichtig abgezogen und in den Wassertropfen gelegt. 3. Schieben Sie dann das Deckglas vorsichtig von der Seite auf das Objekt. 4. Das überschüssige Wasser wird seitlich mit einem Filterpapier abgesaugt. 5. Legen Sie nun das fertige Objekt auf den Tisch und fokussieren Sie es unter dem Mikroskop. Die Aufgabe des aus mehreren Linsen bestehenden Objektivs ist die optische Vergrößerung der Probe. Ein ideales Objektiv liefert ein scharfes, kontrastreiches und verzerrungsfreies Bild mit guter Wiedergabe kleinster Details und gleichmäßiger Schärfe von Mitte zu Ende. Bei Objektiven sind in der Regel Zahlenkombinationen aufgedruckt, z.B. 4/0,1; 160/0,17. Diese Zahlen haben folgende Bedeutung: Das Objektiv vergrößert sich um das 4-fache. 0,1 ist die Geschwindigkeit des Objektivs als numerische Apertur. Der maximale numerische Blendenwert beträgt 1,0 für normale Objektive. Ölimmersionsobjekte (bei sehr hohen Vergrößerungen (ab 1000x) wird ein Tropfen Immersionsöl zwischen Deckglas und Objektiv platziert) haben die größte theoretische numerische Apertur o (In der Optik ist die numerische Apertur eines optischen Systems eine dimensionslose Zahl, die den Bereich der Winkel charakterisiert, über die das System Licht aufnehmen oder abgeben kann)  1,4. Auflösung (= Wiedergabe feinster Details) und Kontrast des Objektivs garantieren ein klares und scharfes Bild. 160, die Tubuslänge, ist der Abstand zwischen Linse und Okular. Sie ist auf dem Objektiv angegeben, da die Vergrößerung nur dann korrekt ist, wenn die Schlauchlänge eingehalten wird. 0,17, Dicke des Deckglases, soll 0,17 mm betragen (Standard für Deckglas in den meisten Ländern der Welt). Bestimmte Gläser können bei dickeren Deckgläsern nicht mehr fokussiert werden. Es gibt verschiedene Linsentypen, z.B: Achromatisch: Korrigiert für chromatische Aberration  (In der Optik ist die chromatische Aberration ein Effekt, der sich aus der Dispersion ergibt, bei der es einer Linse nicht gelingt, alle Farben auf den gleichen Konvergenzpunkt zu fokussieren) o dass die Bilder von zwei Farben, meist rot und blau, übereinstimmen. Die Korrektur für sphärische Aberration ist gering. Bei Vergrößerungen von 30x oder höher tritt am Bildrand eine starke Verzerrung auf. Halbplanare achromatische l (Eine achromatische Linse oder Achromat ist eine Linse, die dazu bestimmt ist, die Auswirkungen der chromatischen und sphärischen Aberration zu begrenzen): weitgehend vergleichbar mit achromatischen Linsen, aber korrigiert für sphärische Aberration und Vergrößerung über 40X. Plan (e-Plan) achromatische Linsen: Qualitativ sind dies die besten Objektive. Die sphärische Korrektur ist so gut, dass von der Mitte bis zum Rand des Sichtfeldes ein scharfes und kontrastreiches Bild zu sehen ist. Okular Aufgabe des Okulars ist es, das vom Objektiv erzeugte Bild zu vergrößern und kleinere Bildfehler zu korrigieren. Okulare haben in der Regel Vergrößerungen von 5 20x, die auf dem Okular angegeben sind. Die Vergrößerung des Mikroskops wird durch Multiplikation der Objektivvergrößerung und der Okularvergrößerung erreicht: Weitwinkelokulare (WF-Bezeichnung): Sie erzeugen ein besonders großes Sehfeld und bringen das Bild näher ans Auge. Huygens Okulare (Bezeichnung H): Ein gewöhnliches Okular, das bei niedrigen und mittleren Vergrößerungen verwendet wird. Ausgleichsokulare (Bezeichnung K): Ein gewöhnliches Okular mit höchster optischer Leistung bei mittleren und großen Vergrößerungen. Okulare können einen hohen Augenpunkt haben, d.h. Brillenträger können das Mikroskop auch ohne Abnehmen der Brille benutzen. Die Grobeinstellung Verwenden Sie die Grobeinstellung, um die Schärfe zu schätzen. Bei Vergrößerungen von 100 150 kann es allein ausreichen, darüber hinaus sollte das Mikroskop eine Feineinstellung haben. Die Feineinstellung Mit der Feineinstellung kann man das Bild auch bei sehr großen Vergrößerungen noch sicher scharf einstellen. Die Fokussiervorrichtungen (Grob- und Feineinstellung) sollten mit einer Probensicherung ausgestattet sein, um das Objektiv bei Fehlbedienung zu schützen. Die Probe wird in der Regel von 2 Federklammern gehalten, hochwertigere Mikroskope haben einen Kreuztisch, mit dem die Probe gehalten und auch bewegt und auf Bruchteile von einem Millimeter eingestellt werden kann. Eine weitere Form ist der Zentriertisch, er ist rund und kann mit wenigen Rändelschrauben in alle Richtungen bewegt werden. Die einfachste Form der Beleuchtung ist ein Spiegel mit einer geraden und einer hohlen Oberfläche. Die Beleuchtung mit einer Mikroskoplampe ist in der Regel sinnvoller, da der Betrachter nicht von der Intensität des Tageslichts abhängig ist. 15 30 W sind ausreichend für 12 1500-fache Vergrößerungen. Der Kondensator kann zwischen der Beleuchtung und der Probe montiert werden. Sie ist oft mit einer Membran (Iris- oder Lochblende) gekoppelt. Der Kondensator (Ein Kondensator ist eine optische Linse, die einen divergierenden Strahl von einer Punktquelle in einen parallelen oder konvergierenden Strahl zur Beleuchtung eines Objekts umwandelt) s ein optisches System, das dazu dient, das Licht besser zur Probe und zum Objektiv zu leiten. Das Lichtmikroskop ist ein Mikroskop, das ein Objekt durch optische Bildgebung mit Linsen vergrößert. Das vom Objekt kommende Licht wird durch eine Kombination von mindestens zwei Linsensystemen, dem Objektiv (3) und dem Okular (1), optisch abgebildet. Zunächst bildet die Linse das Objekt in einem echten Zwischenbild ab, das durch das Okular analog zur Lupe vergrößert wird. Die Objektive sind in der Regel austauschbar, so dass die Vergrößerung an die jeweilige Aufgabe angepasst ist. Der umlaufende Objektivrevolver (2) ermöglicht einen schnellen Objektivwechsel durch Drehen des gewünschten Objektivs in den Strahlengang. Man unterscheidet zwischen Durchlichtmikroskopie, bei der das Objekt transparent oder sehr dünn ist und von der dem Objektiv abgewandten Seite beleuchtet wird, und Auflichtmikroskopie. In diesem Fall wird die Oberfläche des Objekts durch Beleuchtung von der der der Linse zugewandten Seite aus untersucht. In der Durchlichtmikroskopie, (Mikroskopie ist das technische Feld der Verwendung von Mikroskopen zur Betrachtung von Objekten und Bereichen von Objekten, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind), wird zwischen normaler Hellfeldmikroskopie unterschieden, (Hellfeldmikroskopie ist die einfachste aller optischen Mikroskopie-Beleuchtungstechniken) Dunkelfeldmikroskopie a (Dunkelfeldmikroskopie beschreibt Mikroskopie sowohl in der Licht- als auch in der Elektronenmikroskopie, die den ungestreuten Strahl vom Bild ausschließen) und Phasenkontrastmikroskopie. Nach den Gesetzen der Optik (Optik ist der Zweig der Physik, der das Verhalten und die Eigenschaften des Lichts, einschließlich seiner Wechselwirkungen mit der Materie und der Konstruktion von Instrumenten, die es verwenden oder erkennen) begrenzt die Wellenlänge des Lichts die Auflösung des Lichtmikroskops auf etwa 0,3 Mikrometer. Zur Erhöhung der Auflösung kann entweder UV-Licht verwendet werden, oder es wird Öl zwischen Objekt und Objektiv zugegeben (Ölimmersion m (In der Lichtmikroskopie ist Ölimmersion eine Technik zur Erhöhung der Auflösungsfähigkeit eines Mikroskops) : Mikroskop), was das Mikroskop auch heller macht. Polarisationsmikroskop Ein Polarisationsmikroskop ist ein Lichtmikroskop, das mit polarisiertem Licht arbeitet. Es wird hauptsächlich in der Mineralogie  (Mineralogie ist ein geologisches Fachgebiet, das sich auf die wissenschaftliche Untersuchung der Chemie, der Kristallstruktur und der physikalischen Eigenschaften von Mineralien und mineralisierten Artefakten spezialisiert hat) oder auf die Analyse von Gesteinsproben verwendet. Unterhalb des Objekttisches befindet sich eine Polarisationsfolie, auch Polarisator o genannt (Ein Polarisator oder Polarisator ist ein optischer Filter, der Lichtwellen einer bestimmten Polarisation passieren lässt und Lichtwellen anderer Polarisationen blockiert) r Primärfilter, der das Licht aus der Lichtquelle des Mikroskops polarisiert, d.h. nur Licht passieren lässt, das in der gleichen Schwingungsebene schwingt. Über der Objektstufe befindet sich eine zweite Polarisationsfolie, genannt Analysator oder Sekundärfilter, die um 90° zur ersten Folie gedreht wird. Diese Anordnung von Primär- und Sekundärfiltern wird als „gekreuzte Polarisatoren“ bezeichnet. Befindet sich keine Probe auf dem Objekttisch, gelangt kein Licht ins Auge, da die zweite Polarisationsfolie für das nur in einer Schwingungsebene schwingende Licht nicht durchlässig ist. Einige chemische Verbindungen, zum Beispiel Mineralien, haben die Eigenschaft, die Schwingungsebene des Lichts zu drehen, sie werden als doppelbrechend  bezeichnet (Doppelbrechung ist die optische Eigenschaft eines Materials mit einem Brechungsindex, der von der Polarisation und Ausbreitungsrichtung des Lichts abhängt)  anisotrop. (Anisotropie ist die Eigenschaft, richtungsabhängig zu sein, was im Gegensatz zur Isotropie unterschiedliche Eigenschaften in verschiedene Richtungen impliziert) Durch Drehen des Analysators und damit Ändern der übertragenen Polarisation p (Polarisation ist ein Parameter, der auf Querwellen anwendbar ist, der die geometrische Ausrichtung der Schwingungen angibt) Spur werden solche Strukturen sichtbar; die anderen isotropen s (Isotropie ist Gleichmäßigkeit in allen Richtungen; sie wird von den griechischen Isos und Tropos abgeleitet) bleiben dunkel. Es ist auch möglich, interferenzbedingte Farben zu beobachten, den Analysator zur Untersuchung der Gesteinsprobe unter linear polarisiertem  (In der Elektrodynamik ist die lineare Polarisation oder ebene Polarisation der elektromagnetischen Strahlung eine Einschränkung des elektrischen Feldvektors oder Magnetfeldvektors auf eine bestimmte Ebene entlang der Ausbreitungsrichtung) ight oder die Probe unter einfallendem Licht zu beobachten. Durch die Untersuchung der verschiedenen optischen Eigenschaften können Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Gesteinsprobe gezogen werden. Fluoreszenzmikroskop Bei Untersuchungen mit einem Fluoreszenzmikroskop (Ein Fluoreszenzmikroskop ist ein optisches Mikroskop, das Fluoreszenz und Phosphoreszenz anstelle von oder zusätzlich zu Reflexion und Absorption zur Untersuchung der Eigenschaften organischer oder anorganischer Substanzen verwendet) wird das zu untersuchende Präparat mit fluoreszierenden Substanzen gefärbt. Eine UV-Lichtquelle beleuchtet das Objekt, woraufhin das gefärbte Präparat zu fluoreszieren beginnt. Das bedeutet, dass sichtbares Licht entsteht. Dann muss nur noch das schädliche UV-Licht herausgefiltert und das vergrößerte Objekt beobachtet werden. Konfokalmikroskop Ein Konfokalmikroskop ist eine Variante des Lichtmikroskops, das optische Schnitte mit mikroskopischer Auflösung in räumlich erweiterten Objekten erzeugen kann. Mit einem Computer können diese Schnittbilder Schicht für Schicht zu einer räumlichen Darstellung zusammengefügt werden. Konfokales Laserscanning-Mikroskop Die meisten – aber keineswegs alle – konfokalen Mikroskope sind Laserscanning-Mikroskope. Damit wird ein Laserfokuspunkt sehr schnell Zeile für Zeile in einer Objektebene gerastert. Das Licht des Brennflecks wird auf eine kleine Blende b projiziert (In der Optik ist eine Blende ein Loch oder eine Öffnung, durch die das Licht wandert), obwohl es einen lichtempfindlichen Empfänger gibt. Das Empfängersignal wird dann verwendet, um ein (geschnittenes) Bild zeilenweise im Computer zusammenzustellen. Typische Laserscanning-Mikroskope sind komplexe Systeme, die aus den folgenden Komponenten bestehen: Signalerfassung, Auswertung, Darstellung und Archivierung Konfokales Weißlichtmikroskop Wird anstelle eines Lasers Weißlicht verwendet, sind auch Farbbilder mit einem Konfokalmikroskop  (Konfokale Mikroskopie, am häufigsten konfokale Laserscanning-Mikroskopie, ist eine optische Bildgebungstechnik zur Erhöhung der optischen Auflösung und des Kontrasts einer Mikroskopaufnahme durch Hinzufügen eines räumlichen Nadellochs in der Konfokalebene der Linse zur Beseitigung von unscharfem Licht) möglich. Weißes Licht kann jedoch nicht auf das Objekt mit so hohen Intensitäten fokussiert werden, was die Beobachtungszeit verlängert. Konfokale Weißlichtmikroskope haben daher in der Regel mehrere parallele Strahlengänge, die eine gleichzeitige Beobachtung mehrerer Punkte auf dem Objekt ermöglichen. Mit cleveren Anordnungen wie einer Nipkow-Scheibe  (A Nipkow-Scheibe, auch Scan-Scheibe genannt, ist ein mechanisches, rotierendes, geometrisch arbeitendes Bildabtastgerät, das 1885 von Paul Gottlieb Nipkow patentiert wurde) oder Strahlführung ist eine Echtzeit-Bildgebung möglich. 4Pi-Mikroskop Ein 4Pi-Mikroskop ist ein Mikroskop, das zwei Objektive verwendet, die die Probe von hinten und von vorne beleuchten. Die Vergrößerung herkömmlicher Mikroskope wird durch eine natürliche Grenze begrenzt. Alles, was kleiner als die Länge einer Lichtwelle (250 Nanometer) ist, kann nicht mehr abgebildet werden, da das Bild unscharf wird. Durch die Verwendung von zwei Objektiven überlappen sich die Fokuslichtflecken und die Unschärfe wird kompensiert. So können auch Strukturen von 50 Nanometern Größe scharf abgebildet werden. Dieser Effekt wird durch die Bestrahlung mit einem Laserstrahl noch verstärkt und es können gestochen scharfe 3D-Bilder erzeugt werden. Ein 4Pi-Mikroskop w (Ein 4Pi-Mikroskop ist ein Laserscanning-Fluoreszenzmikroskop mit verbesserter axialer Auflösung) mit 45000facher Vergrößerung bietet einen Einblick in eine lebende Zelle. Rastertunnelmikroskope erreichen noch höhere Auflösungen, mit denen auch Atome abgebildet werden können, sind aber nur für tote Materialien geeignet. Elektronenmikroskop Ein Elektronenmikroskop ist ein Mikroskop, das die Innenseite oder Oberfläche einer Probe mit Elektronen abbilden kann. Da schnelle Elektronen eine viel kleinere Wellenlänge als sichtbares Licht haben (→Welle Partikel-Dualismus) und die Auflösung eines Mikroskops durch die Wellenlänge begrenzt ist, (In der Physik ist die Wellenlänge einer Sinuswelle die Raumperiode der Welle – die Entfernung, über die sich die Wellenform wiederholt,), kann ein Elektronenmikroskop eine deutlich höhere Auflösung (derzeit etwa 0,1 nm) erreichen als ein Lichtmikroskop (etwa 200 nm). Geschichte Das erste auf magnetischen Kräften basierende Objektiv wurde von Hans Busch i (Hans Busch war ein deutscher Physiker) 1926 entwickelt. Das erste Elektronenmikroskop, das 1931 gebaut wurde, war ein TEM (Transmissionselektronenmikroskop) von Ernst Ruska a (Ernst August Friedrich Ruska war ein deutscher Physiker, der 1986 den Nobelpreis für Physik für seine Arbeiten in der Elektronenoptik, einschließlich des Designs des ersten Elektronenmikroskops, erhielt) und Max Knoll; (Max Knoll war ein deutscher Elektroingenieur). Ruska wurde 1986 für diese Arbeit mit dem Nobelpreis für Physik i (Der Nobelpreis für Physik ist eine jährliche Auszeichnung der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften für diejenigen, die die herausragendsten Beiträge für die Menschheit auf dem Gebiet der Physik verliehen haben) ausgezeichnet. 1938 entwickelte er auch das erste kommerzielle Elektronenmikroskop bei Siemens. Während in den ersten Jahren die Aufklärung von unter dem Lichtmikroskop unsichtbaren Krankheitserregern (Viren) eine wichtige treibende Kraft für die Entwicklung des Elektronenmikroskops war, erweiterte sich das Interesse später vor allem auf die Materialwissenschaften, nachdem es Robert D. Heidenreich gelang, dünne Metallfolien herzustellen, die 1949 durchstrahlt werden konnten. In den 1960er Jahren wurden TEMs mit immer höheren Beschleunigungsspannungen entwickelt (bis zu 3 MV, um 1965 in Toulouse, 1970 in Ōsaka), hauptsächlich um durch dickere Proben strahlen zu können. In diesem Jahrzehnt wurde erstmals auch eine atomare Auflösung erreicht. Seit Ende der 80er Jahre werden REMs (Rasterelektronenmikroskope) entwickelt, die mit relativ hohen Gasdrücken (mehrere Dutzend mbar) arbeiten können (Der Balken ist eine metrische Druckeinheit, ist aber nicht als Teil des Internationalen Einheitensystems zugelassen) nahe der Probe. Dadurch ist es möglich, auch nasse biologische Proben zu untersuchen. Erwähnenswert ist auch der zunehmende Einsatz von Computern seit den 90er Jahren. So können beispielsweise komplizierte Linsensysteme durch die Analyse der von einer CCD-Kamera aufgenommenen Bilder automatisch angepasst werden, was den Mikroskopführer deutlich entlastet. Technik Die Hauptkomponenten eines Elektronenmikroskops sind: v Die Elektronenkanone, die die freien Elektronen in einer Kathode erzeugt (ein Wolfram w (Wolfram, auch Wolfram genannt, ist ein chemisches Element mit Symbol W und Ordnungszahl 74), das als Elektronenquelle dient) und beschleunigt sie in Richtung einer Anode, die in einem Ring um die Strahlachse liegt. Zwischen der Anode  (Anode ist eine Elektrode, durch die konventioneller Strom in eine polarisierte elektrische Vorrichtung fließt) und der Kathode, (A Kathode ist die Elektrode, aus der ein konventioneller Strom eine polarisierte elektrische Vorrichtung verlässt) liegt eine Hochspannung, die je nach Mikroskop zwischen einigen kV und 3 MV liegt. Meistens werden magnetische Linsen verwendet, in der Elektronenkanone (Eine Elektronenkanone ist eine elektrische Komponente in einigen Vakuumröhren, die einen schmalen, kollimierten Elektronenstrahl mit einer präzisen kinetischen Energie erzeugt) artgemäß auch elektrostatische. Elektronenlinsen haben die gleiche Funktion wie Glaslinsen im Lichtmikroskop. Während die Brennweite  (Die Brennweite eines optischen Systems ist ein Maß dafür, wie stark das System das Licht konvergiert oder divergiert) f die Glaslinsen fixiert ist, ist sie mit elektronischen Linsen einstellbar. Daher enthält ein Elektronenmikroskop im Gegensatz zu einem Lichtmikroskop keine austauschbaren oder verschiebbaren Linsen (Systeme) wie das Objektiv oder Okular o (Ein Okular oder eine Okularlinse ist eine Linsenart, die an einer Vielzahl von optischen Geräten wie Teleskopen und Mikroskopen befestigt ist)  ein Lichtmikroskop. v Das Vakuumsystem, das sicherstellt, dass die Elektronenquelle arbeiten kann und die Elektronen nicht durch Kollisionen mit Luftmolekülen auf ihrem Weg behindert werden. v Der Probenhalter, der eine stabile Position der Probe gewährleisten muss. Darüber hinaus sind oft Manipulationsmöglichkeiten erwünscht, aus denen je nach Art des Probenhalters unterschiedliche Kombinationen realisiert werden können: Verschieben, Drehen, Kippen, Erwärmen, Kühlen, Verlängern, etc. v Detektoren, die die Elektronen selbst oder Sekundärsignale registrieren. Die aufwendige Vorbereitung der Proben kann zu Artefakten führen – Strukturen, die erst während der Vorbereitung entstanden sind und nichts mit dem eigentlichen Objekt zu tun haben, was die Auswertung der Bilder erschwert. Darüber hinaus können die Materialeigenschaften im TEM durch die Nähe der Oberflächen von denen kompakter Proben abweichen. Ein weiteres Problem ist die Beschädigung der Proben durch den Elektronenstrahl, z.B. durch Erwärmung oder Abstoßung ganzer Atome nach Kollision mit den schnellen Elektronen. Inzwischen ist die Technologie so weit ausgereift, dass es nun auch möglich ist, feuchte Proben oder nicht gesputtertes Material im REM zu untersuchen. Mit genauer Kenntnis der Funktionsweise der technischen Parameter im REM ist es auch möglich, weitgehend zerstörungsfrei zu arbeiten. Elektronenmikroskope, insbesondere TEMs, sind ebenfalls sehr teuer in der Anschaffung und Wartung. Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) ist eine Betriebsart für Elektronenmikroskope, die eine direkte Abbildung von Objekten mit Hilfe von Elektronenstrahlen ermöglicht. Das Transmissionselektronenmikroskop  (Transmissionselektronenmikroskopie ist eine Mikroskopietechnik, bei der ein Elektronenstrahl durch eine ultradünne Probe geleitet wird, der mit der Probe interagiert, während sie durch sie hindurchgeht) s zur Beobachtung kleiner Strukturen mit Abmessungen von wenigen µm bis zu 0,1 nm. Im Prinzip ist es dem Lichtmikroskop sehr ähnlich. Trotz der relativ großen Linsenfehler kann die Elektronenmikroskopie eingesetzt werden, um die atomare Struktur von Kristallen abzubilden. Für strukturelle Untersuchungen kann ein TEM auch in der Beugung m (Beugung bezieht sich auf verschiedene Phänomene, die auftreten, wenn eine Welle auf ein Hindernis oder einen Schlitz trifft) ode betrieben werden. Rasterelektronenmikroskop Ein Rasterelektronenmikroskop (REM) ist ein Elektronenmikroskop, bei dem ein Elektronenstrahl in einem bestimmten Muster über das zu vergrößernde Objekt geführt wird und Wechselwirkungen der Elektronen mit dem Objekt zur Erzeugung eines Bildes des Objekts genutzt werden. Die mit einem Rasterelektronenmikroskop erzeugten Bilder sind Bilder der Objektoberflächen und haben eine höhere Schärfentiefe t (In der Optik, insbesondere in Bezug auf Film und Fotografie, ist die Schärfentiefe, auch Fokussierbereich oder effektiver Fokussierbereich genannt, die Entfernung zwischen den nächstgelegenen und entferntesten Objekten in einer Szene, die in einem Bild akzeptabel scharf erscheint) Handaufnahmen mit lichtoptischen Durchlichtmikroskopen. Der maximale theoretische Vergrößerungsfaktor beträgt etwa 500.000:1, während er in der Lichtmikroskopie etwa 2000:1 beträgt. Sekundäre Elektronenmikroskopie ist die Standardbetriebsart des Rasterelektronenmikroskops (REM). Im REM – (Ein Rasterelektronenmikroskop ist eine Art Elektronenmikroskop, das Bilder einer Probe erzeugt, indem es sie mit einem fokussierten Elektronenstrahl abtastet) wie im Rastertransmissionselektronenmikroskop – (Ein Rastertransmissionselektronenmikroskop ist eine Art Transmissionselektronenmikroskop) wird der Elektronenstrahl vom Kondensator-Objektivsystem auf die Probe bis zum kleinstmöglichen Punkt fokussiert und Zeile für Zeile über den zu untersuchenden Probenbereich geführt. Röntgenmikroskop (Ein Röntgenmikroskop verwendet elektromagnetische Strahlung im weichen Röntgenband, um vergrößerte Bilder von Objekten zu erzeugen) Röntgenmikroskope benötigen Röntgenstrahlung anstelle von Licht. Röntgenstrahlen bieten zunächst den Vorteil kürzerer Wellenlängen, was eine höhere Auflösung ermöglicht. Darüber hinaus unterscheidet sich die Wechselwirkung von Röntgenstrahlen mit der Materie von der des sichtbaren Lichts ( (Licht ist elektromagnetische Strahlung innerhalb eines bestimmten Abschnitts des elektromagnetischen Spektrums), z.B. Durchdringungsfähigkeit, immanenter Elementkontrast, Brechungsindizes), (In der Optik ist der Brechungsindex oder der Brechungsindex n eines Materials eine dimensionslose Zahl, die beschreibt, wie sich Licht durch dieses Medium ausbreitet) mit der zusätzliche Informationen über die Probe gewonnen werden können. Da es im Röntgenbereich keine Linsen gibt, müssen Sie auf andere optische Bauelemente umsteigen, die die Röntgenoptik bietet. Es wird zwischen bildgebenden und rasternden Mikroskopen unterschieden. Imaging-Mikroskope arbeiten in der Regel in Transmission. Die untersuchte Probe wird von „der Vorderseite“ gleichmäßig beleuchtet und das in die Probe eindringende Licht wird über ein optisches System auf einen räumlich auflösenden Detektor (z.B. eine CCD-Kamera) projiziert. (Eine ladungsgekoppelte Vorrichtung ist eine Vorrichtung zur Bewegung elektrischer Ladung, meist aus dem Inneren der Vorrichtung in einen Bereich, in dem die Ladung manipuliert werden kann, z.B. Umwandlung in einen digitalen Wert) × Bei Rastermikroskopen wird das Röntgenlicht mit Hilfe von Spiegeln unter Streulicht, Spiegeln mit Mehrschichtsystemen oder Fresnelzone  (Eine Fresnelzone, benannt nach dem Physiker Augustin-Jean Fresnel, ist eine aus einer Reihe von konzentrischen ellipsoidischen Prolaten-Raumbereichen zwischen und um eine Sendeantenne und ein Empfangsantennensystem) spät. Die Probe wird durch den Fokus bewegt und an jeder Probenposition wird das gesamte von der Probe kommende Licht gemessen und als Helligkeitswert für das Bild verwendet. Ein Vorteil der Röntgenmikroskope (Röntgenstrahlung ist eine Form der elektromagnetischen Strahlung) gegenüber Elektronenmikroskopen ist, dass keine elektrische Leitfähigkeit i (Elektrischer Widerstand ist eine intrinsische Eigenschaft, die angibt, wie stark ein bestimmtes Material dem Stromfluss entgegenwirkt) s angenommen für die Proben. Biologische Proben können „natürlich“ bleiben. Ein Trocknen und Dämpfen mit einem Metall ist nicht erforderlich. Rastersondenmikroskop Rastersondenmikroskopie (Rastersondenmikroskopie ist ein Zweig der Mikroskopie, der mit einer physikalischen Sonde, die die Probe abtastet, Bilder von Oberflächen erzeugt) s der Oberbegriff für alle Arten der Mikroskopie, bei denen das Bild nicht mit einem einzigen Bild erzeugt wird. Stattdessen wird die zu untersuchende Probe Punkt für Punkt mit einer Sonde in einem Rasterverfahren abgetastet. Der Begriff Sonde ist nicht wörtlich zu verstehen als eine materielle Struktur. Es kann auch z.B. der Fokus eines Lasers oder Elektronenstrahls sein. Die für jeden einzelnen Punkt erhaltenen Messwerte werden dann zu einem einzigen Bild zusammengefasst. Rastertunnelmikroskop Das Rastertunnelmikroskop  (Ein Rastertunnelmikroskop ist ein Instrument zur Abbildung von Oberflächen auf atomarer Ebene) Rastertunnelmikroskop ( (Ein Elektronenmikroskop ist ein Mikroskop, das einen Strahl beschleunigter Elektronen als Lichtquelle verwendet) RTM) ist ein Mikroskop, das in der Oberflächenphysik  (Oberflächenwissenschaft ist die Untersuchung physikalischer und chemischer Phänomene, die an der Schnittstelle zweier Phasen auftreten, einschließlich Fest-Flüssig-Grenzflächen, Fest-Gas-Grenzflächen, Fest-Vakuum-Grenzflächen und Flüssig-Gas-Grenzflächen) hat ein Objekt durch „Scannen“ abgebildet. Bei diesem indirekten Abbildungsverfahren wird eine elektrisch leitfähige Spitze systematisch (in einem Gitter) über das zu untersuchende Objekt bewegt. Sowohl Nadel als auch Objekt sind von Elektronen c umgeben (Das Elektron ist ein subatomares Teilchen, Symbol oder, bei negativer elementarer elektrischer Ladung, Wolken). Der Abstand zwischen dem Objekt und der Spitze wird nun so klein gehalten, dass die Elektronen zwischen der Spitze und dem Objekt ausgetauscht werden (quantenmechanischer Tunneleffekt). Dies geschieht in der Regel in einem Abstand von weniger als 1 nm. Rasterkraftmikroskop Das Rasterkraftmikroskop ( (Rasterkraftmikroskop oder Rasterkraftmikroskop ist ein sehr hochauflösender Typ der Rastersondenmikroskopie, mit nachgewiesener Auflösung in der Größenordnung von Bruchteilen eines Nanometers, mehr als 1000 mal besser als die optische Beugungsgrenze) RKM) wurde 1986 von Gerd Binnig entwickelt, (Gerd Binnig ist ein deutscher Physiker, der 1986 den Nobelpreis für Physik für die Erfindung des Rastertunnelmikroskops erhielt) Calvin Quate  (Calvin F. Quate HonFRMS wurde am 7. Dezember 1923 in Baker, Nevada, geboren) und Christoph Gerber f (Christoph Gerber ist Titularprofessor am Physikalischen Institut der Universität Basel, Schweiz) oder die mechanische Abtastung von Oberflächen auf dem Nanometer  (Der Nanometer oder Nanometer ist eine Längeneinheit im metrischen System, gleich einem Milliardstel Meter). Eine an einer Blattfeder befestigte Nadel – der so genannte Cantilever (Messnadel) – wird Zeile für Zeile über die Oberfläche geführt. Die Blattfeder (Eine Blattfeder ist eine einfache Form der Feder, die häufig für die Aufhängung in Radfahrzeugen verwendet wird) s wird durch die Struktur der Oberfläche gebogen. Die Auslenkung kann mit kapazitiven oder typisch optischen Sensoren gemessen werden. Der Krümmungsradius der Spitzen beträgt typischerweise 10 – 20 nm, was laterale Auflösungen von 0,1 – 10 nm in Abhängigkeit von der Rauheit der Probenoberfläche ermöglicht. Mit Hilfe von Piezo-Positionierelementen wird die Nadel präzise über die Probe bewegt, so dass Tastweiten von bis zu 100 × 100 Œm untersucht werden können. Die Abtastgeschwindigkeit liegt typischerweise bei 1 Hz, was bedeutet, dass eine Zeile pro Sekunde hin und her gescannt wird. Bei normalen Bildauflösungen von 250 × 250 bis 500 × 500 × 500 Pixel ergibt sich daraus eine Messzeit von ca. 10 Minuten pro Bild. Störungen während der Messung Vibrationen: Diese werden durch Gebäudeschwingungen oder Trittschall verursacht. AFM-Messplätze werden daher oft auf 15 cm dicken Marmorplatten montiert, die auf dämpfenden Druckluftfüßen stehen, oder auf Tischen, die mit Piezoelementen aktiv gedämpft sind. Andererseits ist der akustische Schall, der über die Luft direkt auf den Cantilever übertragen wird, eine starke Störquelle. Je näher die Resonanzfrequenz des Cantilevers dem Frequenzbereich normaler Geräusche liegt, desto mehr ist dies der Fall. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, AFMs in speziellen schalldichten Boxen zu betreiben. Wenn es aus Sicht der zu untersuchenden Probe möglich ist, verbessern Geräte, die unter Vakuumbedingungen arbeiten, auch die Auflösung deutlich. Thermische Drift: Die Wärmeausdehnung  (Wärmeausdehnung ist die Tendenz der Materie, Form, Fläche und Volumen als Reaktion auf eine Temperaturänderung zu verändern) zwischen Probe und Cantilever kann während eines Messintervalls Verschiebungen von mehreren Nanometern verursachen, die als Verzerrung in hochauflösenden Bildern sichtbar sind. Störung: Bei stark reflektierenden Proben kann ein Teil des Laserstrahls von der Probenoberfläche reflektiert werden und in den Photodetektor (Photosensoren oder Photodetektoren sind Sensoren für Licht oder andere elektromagnetische Energie) mit dem vom Cantilever kommenden Teil eingreifen. Dies macht sich dann in quer zur Abtastrichtung verlaufenden Streifen bemerkbar, die dem eigentlichen Höhenbild überlagert werden. Scannen n (Beim Rechnen ist ein Bildscanner – oft abgekürzt mit nur Scanner, obwohl der Begriff aus dem Zusammenhang gerissen ist – ein Gerät, das Bilder, gedruckten Text, Handschrift oder ein Objekt optisch scannt und in ein digitales Bild umwandelt) Ohrfeldmikroskop Ein scannendes Nahfeld-Lichtmikroskop umgeht die Auflösungsgrenze des optischen Mikroskops  (Das optische Mikroskop, oft als Lichtmikroskop bezeichnet, ist eine Art von Mikroskop, das sichtbares Licht und ein Linsensystem verwendet, um Bilder von kleinen Proben zu vergrößern) y nur Licht auswertet, das zwischen einer sehr kleinen (100 Nanometer oder weniger) Nahfeldsonde und der zu untersuchenden Probe ausgetauscht wird. Die Nahfeldsonde wird in einem Raster von Punkten über die Probe bewegt; die Informationen von allen Punkten werden zu einem vollständigen Bild der Probe zusammengeführt. Das verwendete Licht ist in Form von evaneszenten Wellen  (In der Elektromagnetik ist ein evaneszentes Feld oder eine evaneszente Welle ein oszillierendes elektrisches und/oder magnetisches Feld, das sich nicht als elektromagnetische Welle ausbreitet, sondern dessen Energie in der Nähe der Quelle räumlich konzentriert ist), die in ihrer Ausbreitungsrichtung exponentiell gedämpft sind und daher nur ausgewertet werden können, wenn die Nahfeldsonde (Eine Testsonde ist eine physikalische Vorrichtung zum Anschluss von Prüfgeräten an ein Prüfling) weniger als etwa 20 Nanometer von der Probe entfernt ist. Dieses Licht wird daher auch als Nahfeldlicht bezeichnet.