Einführung in die Mikroskopie, Mikroskopische Übungen

 

Das menschliche Auge reicht in der Regel nicht aus, um
die Strukturen innerhalb von Zellen erkennen zu können.
Mikroskope erlauben uns, die verborgene Welt kleiner Objekte zu
sehen. Diese sind wegen einer fundamentalen optischen Grenze für
unser Auge unsichtbar: dem Auflösungsvermögen.
Das Auflösungsvermögen misst die minimale Trennung zweier Objekte,
die man gerade noch getrennt erkennen kann.


2 Objekte
aufgelöst

2 Objekte
nicht aufgelöst

Die selben 2 Objekte aufgelöst

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Nachfolgend ist das Auflösungsvermögen verschiedener
optischer Instrumente aufgeführt :


Optisches Instrument

Auflösungsvermögen (AV)

(AV
in Angström)
menschliches
Auge

0.2 Millimeter (mm)

2,000,000 A

Lichtmikroskop

0.25 Mikrometer (µm)

2500 A

Raster-Elektronen-Mikroskop
(REM)

5-10 Nanometer (nm)

50-100 A

Transmissions-Elektronen-Mikroskop
(TEM)

0.5 Nanometer (nm)

5 A

1 A (0,1 nm) ist der Durchmesser
eines kleinen Atoms, das bedeutet, dass man mit einem TEM Moleküle
erkennen kann.

Auflösungsvermögen ist nicht alles; jedes
Mikroskop hat Vor- und Nachteile. Nun sollen die wichtigsten Mikroskope
kurz vorgestellt werden.

a) Lichtmikroskop

Lichtmikroskope haben ein AV von ca. 250 nm, (ca. 0,5
x der durchschnittlichen Wellenlänge des sichtbaren Lichts) d.h.
im Bereich der größten Viren und der kleinsten Zellen. Sie
erweitern das Auflösungsvermögen um ca. 1000-fach.
Lichtmikroskope kommen in verschiedenen Ausführungen vor:

Hellfeld, Dunkelfeld, Phasen-Kontrast,
Fluoreszenz
.

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Die Gesamtvergrößerung
eines Mikroskops
errechnet sich aus der Vergrößerung des
Objektivs mal der Vergrößerung des Okulars. So erhält
man bei einem 10-fach vergrößernden Okular und einem
45-fach vergrößernden Objektiv eine Gesamtvergrößerung
von 450fach.

klicken
Sie die Zahlen an
Aufbau eines
Lichtmikroskops
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Mikroskopische Technik

1.
Man bringt das zu untersuchende Objekt auf den Objektträger auf und
gibt in der Mitte einen Tropfen Wasser darauf.

2. Nun nimmt
man vorsichtig ein Deckgläschen zwischen Daumen und Zeigefinger und
legt es mit einer Kante an den Rand des Wassertropfens. Anschließend
läßt man es fallen.

mik1 - Einführung in die Mikroskopie, Mikroskopische Übungen

Luftblasen sollten nicht unter dem Deckgläschen
zu sehen sein. Überschüssiges Wasser wird mit Fließpapier
oder einem Papiertaschentuch entfernt.

Mit dem Lichtmikroskop lassen sich in einer Zelle nur
die ganz großen Strukturen erkennen wie Zellkern, Chloroplasten,
Vakuole oder Mitochondrien

chlamy1 - Einführung in die Mikroskopie, Mikroskopische Übungen

Nachfolgend sehen Sie eine besonders detailreiche Aufnahme
der Grünalge Euglena:

euglena3 - Einführung in die Mikroskopie, Mikroskopische Übungen

euglen2 - Einführung in die Mikroskopie, Mikroskopische Übungen

b) Das Elektronenmikroskop

Das Elektronenmikroskop (ELMI)
besitzt ein 100 bis 1000 mal größeres Auflösungsvermögen
als ein Lichtmikroskop. Dies liegt an der Verwendung von Elektronenstrahlen
anstelle von Lichtstrahlen. Vergrößerungen bis zu 1 000 000
sind möglich. Um einen Elektronenstrahl zu erzeugen, sind sehr hohe
Spannungen von 100000 V und ein Vakuum notwendig. Auch werden die Elektronen
von den leichten Atomen wie C, H, O und N in den Zellpräparaten nicht
so leicht abgelenkt, sodaß zur Ablenkungs- und Kontrastverbesserung
die Objekte mit Schwermetallen bedampft werden.

Daraus ergibt sich der Nachteil, dass lebende Objekte
nicht betrachtet werden können
. Außerdem müssen die
Proben extrem dünn sein.

scopel5 - Einführung in die Mikroskopie, Mikroskopische Übungen

Oben ist ein REM (Rasterelektronenmikroskop
englisch SEM) zu sehen und in
Abb. 19
oben die Aufnahme eines damit gemachten Wanzenkopfes.

Die häufigsten ELMIs (Elektronenmikrokope)
sind TEMs (Transmissions– elektronenmikroskop)
bei denen der e– Strahl durch eine extrem dünne Scheibe
des Objekts geht. Vorteil sind hohe Auflösung und die Tasache in
das Innere von Objekten zu sehen, z. B. in Zellen. Ohne ELMI wüssten
wir heute nichts über die Feinstruktur der Zellen.

Das ELMI (TEM) wurde 1934 von dem Deutschen Ernst
Ruska
entwickelt, der bemerkenswerterweise erst 1986 den Nobelpreis
dafür erhielt.

Gleichzeitig bekamen die beiden deutschen Forscher Rohrer und Binning
für die Erfindung des Rastertunnelmikroskops
(RTM , englisch STM) ebenfalls den Nobelpreis, das noch höhere
Auflösungen erzielt. (1/25 eines Atoms)

Betrachtet man alle Zellen, die bisher abgebildet waren,
so erkennt man immer eine Hülle um die Zelle, die innen verschiedene
Strukturen enthält.

Die Hülle heißt
Zellmembran
und der komplette Inhalt Protoplasma.
Bei Pflanzen- und Bakterienzellen liegt außen auf der Zellmembran
noch eine Zellwand auf. Die verschiedenen
Strukturen, wie in der Zeichnung der Euglena aufgeführt, nennt man
Zellorganellen
. Sie schwimmen in einer Flüssigkeit namens Cytoplasma.

Die Feinstruktur der Zellorganellen und der anderen Zellstrukturen
ließ sich erst mit dem ELMI aufklären.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 12

Lichtmikroskop

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Abb. 13

Blutbild

Die Abbildung links zeigt menschliches Blut in einem angefärbten
Präparat im Hellfeld-Lichtmikroskop 

 

 


Abb. 14

Teile eines Lichtmikroskops

Regeln für das Mikroskopieren
mit dem Lichtmikroskop
Mikroskope sind empfindliche Geräte und müssen immer
vorsichtigt behandelt werden!

1. Zunächst wird mit dem
schwächsten (kleinsten) Objektiv mit Hilfe der Lampe die
Beleuchtung gleichmäßig eingestellt. Schatten sollten
im Okularbild nicht zu sehen sein.

 

Man beginnt immer mit dem kleinsten
Objektiv!!!

2. Nun legt man das Präparat
auf den Objekttisch und stellt mit Hilfe des Grobtriebs das
Bild scharf ein. Mit dem Feintrieb kann bei Bedarf nachjustiert
werden.

3. Je nach gewünschter
Vergrößerung wird das nächst
größere
Objektiv eingedreht. Dabei sollte
man kontrollieren, daß das Objektiv nicht das Präparat
berührt, um dies nicht zu zerstören.

4. Nach Beendigung des Mikroskopierens
entfernt man das Präparat und dreht wieder das kleinste
Objektiv ein.

 

 

 


Abb. 15

Deckglas

Deckglas 

 

 


Abb. 16

Grünalge

spirogyr - Einführung in die Mikroskopie, Mikroskopische ÜbungenFadenförmige Chloroplasten in der
Fadenalge Spirogyra

 

 

 


Abb. 17

Chlamydomonas
 

Zellkern (Nukleus) und Pyrenoid bei Chlamydomonas

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 18

Strahlengang im ELMI

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Abb. 19

ELMI Bilder

em13 - Einführung in die Mikroskopie, Mikroskopische ÜbungenInsektenkopf

pollena - Einführung in die Mikroskopie, Mikroskopische Übungen

Pollen der Sonnenblume

strepyo - Einführung in die Mikroskopie, Mikroskopische Übungen

STREPTOCOCCUS SALIVARIUS
in Yoghurt

 

 

Weiterführende Quellen:

Mikroskopie: http://www.mikroskopie.de/
und http://www.educeth.ch/biologie/leitprog/mikro/
und
http://www.mikroskopie-fuer-anfaenger.de/mikroskopieren/mik-haupt.asp

Mikroskop:
http://www.klinik.uni-frankfurt.de/Museum/obj_2a.htm

Allgemeines zum ELMI: http://www.unl.edu/CMRAcfem/em.htm

Nobelpreisträger Ruska: http://nobelprizes.com/nobel/physics/1986a.html
,

Nobelpreisträger Rohrer und Binning:
http://nobelprizes.com/nobel/physics/1986b.html

Phytoplanktongallerie:
http://www.cedareden.com/phyto.html

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