Die Geschichte des Mikroskops – Medizinische Wunder (2)

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15 Sep Die Geschichte des Mikroskops – Medizinische Wunder (2)

Von der Brille zum Elektronenmikroskop: Die Mikroskopie, wie wir sie heute kennen, haben wir keinem einzelnen genialen Geist, sondern der Zusammenarbeit vieler begabter Forscher und Wissenschafter zu verdanken. Im zweiten Teil unserer Serie tauchen wir ein in die Welt der wirklich kleinen Zellen.

Bereits nach der Erfindung von Glas im ersten Jahrhundert n. Chr. stellten die Römer fest, dass Glas eine gewisse Vergrößerungsfähigkeit besitzt. Im 13. Jahrhundert stellte der Italiener Salvino D’Armate dann die erste Brille her. Die infolgedessen entwickelten Lupen besaßen bereits die Fähigkeit, das Bild eines Objektes um das Sechs- bis Zehnfache zu vergrößern…

Zwischen 1590 und 1600 experimentierten die beiden niederländischen Optiker Zacharias Janssen und sein Vater Hans Janssen mit optischen Linsen. Sie waren die ersten, die entdeckten, dass die Kombination mehrerer Linsen eine stärkere Vergrößerung bewirkt. Die Idee der ersten Apparate, die die beiden bauten, war für den damaligen Wissenstand zwar brillant, allerdings waren diese nicht von optimaler Qualität. Damals wurden Linsen nicht gerade präzise geschliffen und enthielten oft Einschlüsse wie Schmutz oder Luftblasen.

Ein Tuchhändler auf Abwegen

Der in Delft, in den Niederlanden geborene Antoni van Leeuwenhoek (1632–1723) gilt als erster, der ein richtiges Mikroskop baute. Was die Reinheit der Linsen betraf, hatte er mit ähnlichen Problemen wie die Janssens zu kämpfen. Zur Behebung dieser fand er einen Weg, sein Mikroskop mit nur einer Linse zu bauen. Die kleinen kugelförmigen Linsen, die er selbst herstellte, hatten durch ihre Form eine geringere Brennweite und somit eine stärkere Vergrößerung zur Folge.

Bemerkenswert an van Leeuwenhoeks Biographie ist, dass er eigentlich als Tuchhändler sein Geld verdiente und seinen Apparat nur aus rein privatem Interesse baute. Durch die von ihm neu geschaffene Technologie gelang es ihm sogar, als Erster bahnbrechende Entdeckungen auf dem Gebiet der Biologie zu machen, die anfangs allerdings unbemerkt blieben. Beispielsweise beobachtete er als erster Mensch Bakterien und das Leben in einem Wassertropfen – ohne zu wissen, was er da eigentlich sah. Auch das in Kapillaren zirkulierende Blut konnte er mit seinen eigenen Augen sehen, während dies für seine Zeitgenossen damals nur eine Vermutung war. Dass sich seine Entdeckungen herumsprachen, ist lediglich den Briefen zu verdanken, die van Leeuwenhoek an die Royal Society of England und die französische Akademie der Wissenschaften schrieb.

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Pflanzenzellen unter dem Lichtmikroskop betrachtet

Der Engländer Robert Hooke griff die Arbeit von van Leeuwenhoek auf und entwickelte sie weiter. In sein 1665 veröffentlichtes Werk „Micrographia“ verpackte er Illustrationen von Dingen, die er unter dem Mikroskop beobachtet hatte. Besonders spannend waren hierbei beispielsweise die Flöhe, die Haare auf ihrem Körper hatten, oder die „Poren“, wie er sie nannte, auf Kork. Durch die Beschreibung letzterer gelang ihm – ohne sein Wissen – sogar die Entdeckung der Pflanzenzelle.

Präzisionsgeräte von höchster Qualität

In den folgenden 200 Jahren fanden kaum nennenswerte Veränderungen an der Technologie des Mikroskops statt. Erst als der Deutsche Carl Zeiss in den 1850er Jahren begann, an der Verbesserung der Linsen zu arbeiten, fand eine enorme Weiterentwicklung der Geräte statt. Gemeinsam mit seinen Mitarbeitern Otto Schott und Ernst Abbe verbesserte er die Qualität der Mikroskope so maßgeblich, dass selbst heute noch die Marke „Zeiss“ in Fachkreisen synonym für Präzisionsgeräte von höchster Qualität steht.

Elektronenmikroskop: Nobelpreis für die Erfindung

Speziell in der Medizin und der Biologie haben Lichtmikroskope auch heutzutage noch einen sehr hohen Stellenwert. Schließlich lassen sich winzigste Lebewesen und Zellen damit beobachten, obwohl sie mit dem freien Auge nicht sichtbar sind. Bis zu 200 Nanometer kleine Objekte können betrachtet werden. In dieser Dimension ist allerdings eine natürliche Grenze erreicht: Der Lichtstrahl, der als Energiequelle dient, hat eine bestimmte Wellenlänge, die vorgibt, wie groß das zu betrachtende Objekt mindestens sein muss.

Diese Grenze verschob Ernst Ruska, der 1933 das Elektronenmikroskop auf den Markt brachte. Mit diesem war es erstmals möglich, Objekte mit der minimalen Größe von 0,1 Nanometer zu betrachten. Mehr als 50 Jahre später, im Jahr 1986, durfte Ernst Ruska für seine bahnbrechende Erfindung schließlich den Nobelpreis entgegennehmen.

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Unter dem Elektronenmikroskop kann man auch die genauen Strukturen von Bakterien erkennen.

Technologie, die unser aller Leben verändert

Beim Elektronenmikroskop wird anstatt eines Lichtstrahls ein Elektronenstrahl verwendet, der sich zwar wie Licht verhält, allerdings eine deutlich kürzere Wellenlänge besitzt. Statt der Linsen kommen Magnetfelder zum Einsatz, die den Elektronenstrahl in die richtige Richtung lenken. Durch diese Technologie ist es uns in der Medizin möglich, beispielsweise den Inhalt einer Zelle zu erforschen und das Nervensystem genauer zu untersuchen. Auch das Eindringen winziger Viren in die Zellen kann beobachtet werden.

Auch heute wird die Mikroskopie ständig weiterentwickelt. Durch die laufend verbesserte Leistung von Computern, können immer höhere Auflösungen und detailliertere, bessere Bilder erzielt werden. Wer weiß, was wir eines Tages noch alles sehen werden…

1Comment
  • Lars
    Posted at 13:39h, 13 Februar Antworten

    Ich danke Ihnen für den interessanten Artikel. So ein Elektronenmikroskop ist wirklich eine tolle Investition. Besonders für den Biologieunterricht. Schüler kann man somit viel besser in den Unterricht einbinden.
    Beste Grüße,
    Lars

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