Licht- und Elektronenmikroskopie

Das Wichtigste in Kürze

Mikroskope sind Geräte, mit denen wir sehr kleine Objekte heranzoomen oder vergrössern können. Sie sind sehr nützlich, um Zellen zu betrachten, da sie so klein sind, dass wir sie mit blossem Auge nicht sehen können.

Arten von Mikroskopen

Mikroskope werden verwendet, um Zellen sehr viel detaillierter zu betrachten. Verschiedene Arten von Mikroskopen liefern unterschiedlich viele Details über die Struktur einer Zelle und ihrer Bestandteile.

Lichtmikroskope

Es gibt verschiedene Arten von Mikroskopen, aber meistens wirst Du ein Lichtmikroskop verwenden. Dabei wird ein Licht von der Unterseite des Mikroskops nach oben auf die Linse gestrahlt, mit der Du die Zelle betrachtest. Mit Lichtmikroskopen kannst Du einige Strukturen wie den Zellkern oder die Zellmembran erkennen; um kleinere Strukturen oder die inneren Details einer Struktur zu erkennen, musst Du leistungsfähigere Mikroskope verwenden.

Elektronenmikroskope

Elektronenmikroskope sind viel ausgefallener als Lichtmikroskope. Du wirst sie in der Schule nicht sehen, aber es ist wichtig zu wissen, wie sie funktionieren. Elektronenmikroskope können viel weiter in die Zellen hineinzoomen als Lichtmikroskope - so weit, dass wir mit ihnen das Innere von Unterstrukturen wie Mitochondrien und Ribosomen sehen können. Mit Lichtmikroskopen können wir zwar Mitochondrien sehen, aber nicht ihre innere Struktur.

Biologie; Grundlagen der Zellbiologie; 1. Gymi; Licht- und Elektronenmikroskopie — A. Bild vom Lichtmikroskop. (1) Grundlegende Umrisse des Zellkerns (2) Grundlegende Umrisse der Mitochondrien

B. Bild aus dem Elektronenmikroskop. (1) Detailliertes Bild der inneren Struktur des Zellkerns. (2) Detailliertes Bild der inneren Struktur der Mitochondrien.

Elektronenmikroskope funktionieren jedoch nur, wenn sich die Probe in einem Vakuum befindet; da es keine Luft gibt, kann die Probe nicht leben. Deshalb können wir zelluläre Prozesse nicht mit einem Elektronenmikroskop untersuchen. Elektronenmikroskopische Bilder sind ausserdem nur schwarz-weiss, obwohl sie später digital mit Farbe versehen werden können.

Mikroskopische Berechnungen

Mithilfe von Mikroskopbildern können wir mit der folgenden Formel herausfinden, wie gross die Zelle oder die Unterstrukturen in Wirklichkeit sind:

$Vergrösserung$ $=$ $\frac{Bildgrösse}{tatsächliche\space Grösse}$

Bei Berechnungen ist es jedoch wichtig, dass wir die richtigen Einheiten verwenden. Wenn wir die Grösse eines Bildes messen, tun wir das normalerweise in Zentimetern oder Millimetern. Die tatsächliche Grösse einer Zelle ist jedoch oft viel kleiner - wir messen sie in Mikrometern ( $\mu m$ ) oder Nanometern ( $nm$ ). Deshalb müssen wir wissen, wie wir zwischen den Einheiten umrechnen können.

$1\,cm = 10000\,µm = 10000000\,nm$

Aufbau eines Mikroskops

Die meisten Zellen sind kleiner als 100 µm. Das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges reicht nicht aus, um 2 Objekte dieser Grössenordnung zu unterscheiden.

Lichtmikroskop

Ein Mikroskop besteht aus mindestens zwei Linsen. Die Linse im Objektiv hat eine geringe Brennweite, damit das zu beobachtende Objekt sehr nahe an das Objektiv gebracht werden kann.

Diese Linse erzeugt ein Zwischenbild, das durch die zweite Linse im Okular vergrössert wird. Das virtuelle Bild ist grösser als das reale Bild. Durch diese Technik können wir eine Auflösungsgrenze von 0,2 µm erreichen. Das Auflösungsvermögen ist auch von der Wellenlänge des Lichts abhängig. Je kürzer die Wellenlänge, desto geringer kann die Mindestentfernung zweier Punkte sein, die noch getrennt erkannt werden.

Biologie; Grundlagen der Zellbiologie; 1. Gymi; Licht- und Elektronenmikroskopie

Skizze des Strahlengangs beim Mikroskop:

1. Auge: Durch die Linse des Auges wird das vergrösserte Bild auf die Netzhaut projiziert.

2. Sehwinkel: Der Sehwinkel wird durch das Linsensystem vergrössert.

3. Okular

4. Zwischenbild

5. Objektiv

6. Objekt

7. Kondensor: bündelt das Licht der Lichtquelle

8. Lichtquelle

Elektronenmikroskop

Anstelle von Licht wird ein hochenergetischer Elektronenstrahl durch metallische Blenden und magnetische Linsen fokussiert. Es gibt zwei unterschiedliche Typen von Elektronenmikroskopen, das Transmissionselektronenmikroskop (TEM) und das Rasterelektronenmikroskop (REM). Elektronenmikroskope erreichen eine gegenüber Lichtmikroskopen 1000 Mal höhere Vergrösserung. In der folgenden Tabelle sind die Unterschiede dieser beiden Mikroskop-Typen aufgeführt.

Transmissionselektronenmikroskop (TEM)	Rasterelektronenmikroskop (REM)
Im Grunde wie ein Lichtmikroskop, gebündelte Elektronenstrahlen ermöglichen ein Durchschauen durch das Objekt	Das Objekt wird mit einem sehr dünnen Elektronenstrahl abgetastet (ungefähr 10 nm)
Ein Detektor registriert Elektronen, welche das Objekt durchdringen	Ein Detektor registriert durch den Elektronenstrahl herausgeschossene Sekundärelektronen
Liefert zweidimensionales Bild	vermittelt einen guten räumlichen Eindruck