Mikroskopie (Grundlagen)
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GK 11 L4 BI Lz Do, 04. September 2008; 3. Std. David Kniprath Visuelle Wahrnehmung – beeinflusst vom Gehirn Das Bild, das von den Augen wahrgenommen wird, ist eigentlich seitenverkehrt und kopfstehend. Das Gehirn dreht dieses Bild um, so dass es einem die Welt als „richtig“ erscheint. Bei Neugeborenen muss das Gehirn dies erst lernen; für die erste Zeit ihres Lebens nehmen sie die Umwelt also als „falsch herum“ wahr. Mit Hilfe einer sog. Prismenbrille kann man dieses Gefühl nachempfinden, da sie die Bilder, die das Gehirn als „richtig“ darstellt, wieder umdreht. Nach einiger Zeit (mehrere Tage) gewöhnt man sich an den falschen Sinneseindruck, das Bild wird vom Gehirn nicht mehr umgedreht. Setzt man dann die Brille ab, erscheint die Welt kurzzeitig kopfstehend, der zweite Umlernprozess erfolgt jedoch schneller. Der Mensch sieht mit zwei Augen, deren Gesichtsfeld sich z.T. überlappt. Dies wird in der Biologie als „binokulares Sehen“ bezeichnet und bewirkt ein räumliches Sehen, da beide Augen unterschiedliche Bilder liefern, die das Gehirn zu einem dreidimensionalen Bild zusammensetzt. Dies lässt sich mit einem schlichten Versuch, dem „Daumensprung“, darstellen: fixiert man den ausgestreckt gehaltenen Daumen abwechselnd nur mit dem rechten bzw. linken Auge, dann scheint der Daumen hin und her zu springen. Mit beiden Augen wird das Bild plastisch. Ein weiterer Aspekt der visuellen Wahrnehmung ist die Größenkonstanz. Fixiert man den Daumen mit beiden Augen und nähert ihn dem Gesicht, so bleibt er gleich (scheinbar) groß (obwohl sich sein Abbild auf der Netzhaut gem. Den optischen Gesetzen vergrößert); blickt man nur mit einem Auge auf den Daumen, wird er tatsächlich größer. (Das Gehirn berechnet aus dem Konvergenzwinkel – dem Winkel der Sehachsen zueinander – die Entfernung und kompensiert die Vergrößerung im Greifraum.). Optische Vergrößerung Es gibt zwei Möglichkeiten der optischen Vergrößerung. 1. Lupenvergrößerung: Hierbei wird eine Lupe (bzw. Linse) vor das Auge gehalten. 2. Projektion: Mit Hilfe eines (Dia-/Film-)Projektors wird ein Bild an eine Wand geworfen. Möglichkeiten der Das Bild ist... optischen Vergrößerung Man nennt es... Lupenvergrößerung aufrecht, seitenrichtig virtuelles Bild Projektion kopfstehend, seitenverkehrt Linsensystem am Mikroskop Okular [lat.: oculus - Auge] reelles Bild, Objektiv auf Mattscheibe / [zum Objekt hin] Leinwand darstellbar Das Mikroskop von LEEUWENHOEK war ein einfaches Mikroskop, d.h. eine einlinsige Lupe (Vergrößerung ca. 300-fach). HOOKE benutzte ein zusammengesetztes Mikroskop (wie heute üblich), in dem die beiden Möglichkeiten der optischen Vergrößerung kombiniert werden: das Objektiv entwirft ein reelles kopfstehendes, seitenverkehrtes (Zwischen-)Bild (das man nach Herausnehmen des Okulars auf Pergamentpapier auffangen kann), das durch das Okular wie mit einer Lupe betrachtet wird. Da das Okular das Bild nicht umdreht, bleibt es kopfstehend / seitenverkehrt, dies muss man beim Mikroskopieren beachten, wenn man das Präparat verschiebt. Die Gesamtvergrößerung des Mikroskops berechnet sich als Produkt der Einzelvergrößerungen, z.B. Okular 10 x, Objektiv 40 x 400-fache Vergrößerung. Geschichte des Mikroskops Früher waren Mikroskope Einzelanfertigungen, bei denen die einzelnen Linsen so lange geschliffen wurden, bis sie einigermaßen passten (Methode „Versuch und Irrtum“). Bei alten Mikroskopen hatte man zudem das Problem, dass man nie sicher sein konnte, ob das Bild, das man betrachtete, farblich korrekt war. Die heutigen Mikroskope sind auf hohem Niveau standardisiert. Die mathematische Grundlage für die Berechnung der Linsen schuf ERNST ABBÉ 1872; in Zusammenarbeit mit dem Hersteller CARL ZEISS und dem Glasfachmann OTTO SCHOTT (JENAer Glas, achromatisches Kron- bzw. Flintglas) entstanden reproduzierbare Mikroskope. Auflösungsvermögen Als Beispiel nimmt man ein Zeitungsphoto. Ein Foto kann nicht sofort als Zeitungsphoto gedruckt werden, sondern es muss erst bearbeitet, also in viele Rasterpunkte unterteilt werden. Betrachtet man nun ein gerastertes Bild mit einer Lupe, erkennt man die Rasterpunkte. Vergrößert man das Bild weiter, sieht man nicht mehr Details, sondern nur gröbere Rasterpunkte. Dies nennt man „leere Vergrößerung“. Die förderliche Vergrößerung hängt von der Qualität des Mikroskops ab, ist aber auch abhängig von der Wellenlänge des Lichtes: blauwelliges (kurzwelliges) Licht zeigt die meisten Details. Das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges beträgt bei 250 mm Bezugssehweite (Abstand vom Auge) 0,1 mm ( σ= 1´, Bild auf der Retina 4 µ, ø Stäbchen 3,8 µ). Da das für den Menschen sichtbare Licht 400 – 700 nm (≈ 0,5 µ) beträgt und nach dem ABBE’schen Gesetz die abbildbaren Strukturen größer sein müssen als die halbe Wellenlänge des Lichtes, ist das Auflösungsvermögen des LM mit ungefähr 0,3 – 0,4 µ begrenzt. Das LM, das 1000fach vergrößert, macht Objekte in der Größenordnung des Mikrons sichtbar. Das Elmi, das ungefähr 500.000fach vergrößert, gibt Einblick in sehr große Moleküle von 100 Å. Ein rotes Blutkörperchen (7 µ) würde im LM sieben Millimeter messen, ein Mensch wäre fast zwei Kilometer groß. Das gleiche Blutkörperchen würde im Elmi 3,5 m messen, ein Mensch wäre so groß wie Frankreich. Spezial-Mikroskope: Dunkelfeld, Polarisation, Interferenz, Phasenkontrast, Fluoreszenz, UVSpektrophotometrie, Röntgen-Beugungsdiagramme... Mikroskopische Längenmaße 1 m = 100 cm 1 cm (10 -2 m) = 10 mm 1 mm (10 -3 m) = 1.000 µm [My / Mymeter oder Mikrometer] 1 µm (10-6 m) = 1.000 nm [Nanometer] (sichtbares Licht 400 – 800 nm) 1 nm (10-9 m) = 10 Ǻ [Ǻngstrøm] 1 Å= 10-10 m (nur noch sichtbar im Elektronenmikroskop)
