Artwork

Inhalt bereitgestellt von Bayerischer Rundfunk. Alle Podcast-Inhalte, einschließlich Episoden, Grafiken und Podcast-Beschreibungen, werden direkt von Bayerischer Rundfunk oder seinem Podcast-Plattformpartner hochgeladen und bereitgestellt. Wenn Sie glauben, dass jemand Ihr urheberrechtlich geschütztes Werk ohne Ihre Erlaubnis nutzt, können Sie dem hier beschriebenen Verfahren folgen https://de.player.fm/legal.
Player FM - Podcast-App
Gehen Sie mit der App Player FM offline!

Die Geschichte des Mikroskops - Als die Welt vergrößert wurde ...

22:18
 
Teilen
 

Manage episode 283969337 series 1833401
Inhalt bereitgestellt von Bayerischer Rundfunk. Alle Podcast-Inhalte, einschließlich Episoden, Grafiken und Podcast-Beschreibungen, werden direkt von Bayerischer Rundfunk oder seinem Podcast-Plattformpartner hochgeladen und bereitgestellt. Wenn Sie glauben, dass jemand Ihr urheberrechtlich geschütztes Werk ohne Ihre Erlaubnis nutzt, können Sie dem hier beschriebenen Verfahren folgen https://de.player.fm/legal.

Ein Floh tanzt vor einer staunenden Gesellschaft und ein Tuchhändler sieht ein Bakterium: Als in der Renaissance das Mikroskop erfunden wird, eröffnen sich neue Welten. (BR 2021) Autorin:

Credits
Autor/in dieser Folge: Inga Pflug
Regie: Rainer Schaller
Es sprachen: Andreas Neumann, Hemma Michel, Michael Atzinger
Technik: Regina Staerke
Redaktion: Nicole Ruchlak

Im Interview:
Erdmann Spiecker, Lehrstuhl für Mikro- und Nanostrukturforschung & Center für Nanoanalysis and Electron Microscopy (CENEM), Universität Erlangen-Nürnberg, Werkstoffwissenschaftler;
Julia Böttcher, Zentralinstitut für Wissenschaftsreflexion und Schlüsselqualifikationen (ZiWis) der Universität Erlangen-Nürnberg, Wissenschaftshistorikerin;
Marion Maria Ruisinger, Direktorin des Deutschen Medizinhistorischen Museums Ingolstadt, Medizinerin, Medizinhistorikerin

Linktipps:

Noch mehr Interesse an Geschichte? Dann empfehlen wir:
ALLES GESCHICHTE - HISTORY VON RADIOWISSEN
Skurril, anrührend, witzig und oft überraschend. Das Kalenderblatt erzählt geschichtliche Anekdoten zum Tagesdatum. Ein Angebot des Bayerischen Rundrunks.
DAS KALENDERBLATT
Frauen ins Rampenlicht! Der Instagramkanal frauen_geschichte versorgt Sie regelmäßig mit spannenden Posts über Frauen, die Geschichte schrieben. Ein Angebot des Bayerischen Rundfunks.
EXTERNER LINK | INSTAGRAMKANAL frauen_geschichte

Wir freuen uns über Feedback und Anregungen zur Sendung per Mail an radiowissen@br.de.
RadioWissen finden Sie auch in der ARD Audiothek:
ARD Audiothek | RadioWissen
JETZT ENTDECKEN

Das vollständige Manuskript gibt es HIER.

Lesen Sie einen Ausschnitt aus dem Manuskript:

Sprecher/in 1:

Ein Haar erscheint wie ein armdickes Seil, Blütenpollen wirken wie exotische Früchte mit Stacheln und in einem klarer Wassertropfen tummeln sich Myriaden kleiner Monster: Unter dem Mikroskop offenbart die Natur, was dem reinen Auge verborgen bleibt – und eröffnet ungeahnte Dimensionen: Seit der Mensch die Welt um sich herum vergrößert, zeigt sie ihm ein immer detaillierteres Bild von sich selbst.

MUSIK M02

Sprecher/in 2:

Den ersten Blick auf diesen Mikrokosmos erhaschen Gelehrte am Anfang des 17. Jahrhunderts. Kaum vorstellbar, wie es sich angefühlt haben muss, mit eigenen Augen auf eine vollkommen unbekannte – weil bislang unsichtbare – Welt zu schauen.

01 Ruisinger:

Angefangen hat das mit etwas, was ganz Viele – ich auch – auf der Nase tragen, nämlich mit der Brille.

Sprecher/in 1:

… beschreibt Marion Maria Ruisinger [Aussprache wie geschrieben]. Sie ist Direktorin des Deutschen Medizinhistorischen Museums in Ingolstadt.

Sprecher/in 2:

Dass durchsichtige Linsen oder auch Wassertropfen vergrößernd wirken, ist damals schon lange bekannt. Ab dem Mittelalter gleichen sogenannte Lesesteine aus geschliffenem Beryll – einem durchsichtigen, glasähnlichen Mineral – Sehschwächen aus. Aus ihnen entwickeln sich Monokel und Brillen, vom Beryll leitet sich auch das Wort "Brille" ab. Dementsprechend sind die Brillenmacher im 17. Jahrhundert die Fachleute für gläserne Linsen, sagt die Medizinhistorikerin:

02 Ruisinger:

Brillenmacher waren tatsächlich auch die ersten, die es mal ausprobiert haben, was passiert, wenn man mehrere Linsen in einem Sehstrahl hintereinander anordnet. Dafür braucht man so eine Röhre, wo man diese Linsen dann fixieren kann und wenn man durchguckt – je nachdem wie die Linse geschliffen war, wie die Röhre gestaltet ist – konnte man plötzlich sehr Fernes deutlich näher sehen, das war dann das was wir heute Teleskop nennen. Oder man konnte ganz kleine Dinge sehr viel größer sehen. Das ist das, was wir heute Mikroskop nennen. Man kann also sagen, der Blick in die Ferne und die Entdeckung dieser kleinen Welt haben eine gemeinsame Geburtsstunde und einen gemeinsamen Geburtsort. Nämlich die Werkstatt des Brillenmachers, so um 1610/1620.

Sprecher/in 1:

Geburtshelfer für beide Instrumente ist das im ausgehenden Mittelalter allmählich erwachende Interesse, im Buch der Natur zu lesen.

03 Ruisinger:

Im Buch der Natur lesen, das heißt nicht nur die alten Schriften eines Dioskurides zum Beispiel untersuchen, sondern rausgehen und die Pflanzen vor Ort ansehen. Nicht nur die Anatomie des Galen studieren, sondern den Leichnam selbst öffnen und nachschauen. Dieses Lesen im Buch der Natur, das beginnt im Spätmittelalter in Norditalien, ist der Blick der Gelehrten in der Renaissance, und der wird immer weiter vorangetrieben. Man schaut immer genauer, erforscht den Menschen – zum Beispiel jetzt in der Medizin – immer mehr im Detail, bis die ganze makroskopische Anatomie erschlossen ist, also alles, was ich mich unbewehrtem Auge sehen kann, und dann, um es dann noch weiter vorantreiben zu können, da muss man eine Vergrößerung ansetzen.

Sprecher/in 1:

Zunächst mit der Lupe, später dann mit dem Mikroskop.

MUSIK M03

Sprecher/in 2:

Im Grunde entspricht das Prinzip des Mikroskops einer doppelten Lupe: Das von der ersten Linse – dem Objektiv – vergrößerte Bild wird von einer zweiten Linse – dem Okular – nochmals vergrößert. Die Werte beider Linsen vervielfachen sich dabei: Schafft das Objektiv beispielsweise eine 20-fache Vergrößerung und das Okular eine 10-fache, ergibt sich insgesamt eine 200-fache Gesamtvergrößerung des betrachteten Objekts.

Sprecher/in 1:

Und die Natur bietet reichhaltigen Lesestoff für das optisch unterstützte Auge der Forscher: menschliche Exkremente oder Säfte wie Blut, Speichel, Urin oder die Samenflüssigkeit lassen sich genauso unter die Lupe nehmen wie Pflanzen oder Naturphänomene wie etwa Schneeflocken. Den Anfang machen allerdings wohl Insekten:

Sprecher/in 2:

Als quasi "erste mikroskopische Abbildung" gilt eine Bienen-Zeichnung des italienischen Naturforschers Francesco Stelluti: Er zeichnet das gesamte Insekt überlebensgroß in unterschiedlichen Perspektiven, aber auch einzelne Details wie den Kopf, die Beine oder die Fühler.

MUSIK M05

Sprecher/in 1:

Und auch andere Insekten beschäftigen die Gelehrten – stellen sie doch ein geradezu ideales Untersuchungsmaterial dar:

Sie sind verfügbar und relativ robust, klein, aber auch nicht zu klein. Der englische Wissenschaftler Robert Hooke etwa stellt in seinem Werk "Micrographia" unter anderem mikroskopische Beobachtungen über den Floh an und schwärmt:

Zitator:

"Er ist über und über mit einer wunderbar polierten dunklen Rüstung geschmückt, deren Platten fein gefügt sind und viele scharfe Nadeln tragen. Diese ähneln den Stacheln des Stachelschweins oder blanken, spitz zulaufen den Stahlnadeln [...]. Er hat auch zwei Beißwerkzeuge, ein wenig wie die der Ameise, aber ich konnte keine Zähne entdecken.

Sprecher/in 1:

Folgerichtig werden die frühen Mikroskope auch Flohgläser genannt.

Sprecher/in 2:

Während das Teleskop dazu führt, dass das geozentrische, also erdzentrierte Weltbild ins Wanken gerät und der Erde und damit dem Menschen allmählich seine zentrale Position im Universum nimmt, verursachen die Studien mit dem Mikroskop übrigens keine Konflikte mit der Kirche. Die Untersuchung der Natur wird als Untersuchung der Schöpfung Gottes verstanden:

04 Ruisinger:

Man kann sagen Naturforschung, so betrachtet, ist eine Art von Gottesbeweis und damit ganz unproblematisch für die kirchliche Lehre.

Sprecher/in 1:

In der Praxis ist das Mikroskopieren allerdings ganz und gar nicht unproblematisch. Durch die Linse tatsächlich etwas zu sehen – eine Herausforderung, beschreibt Wissenschaftshistorikerin Julia Böttcher vom Erlanger Zentralinstitut für Wissenschaftsreflexion und Schlüsselqualifikationen:

05 Böttcher:

Man kann zum Beispiel für die Mikroskope des 17. Jahrhunderts anhand von Nachbauten sehr schön sehen, dass das Bild beispielsweise auf dem Kopf stand, wenn man da hindurchgeschaut hat. Das heißt, allein schon die Probe vor der Linse zu verschieben, war etwas, was man mit Erfahrung meistern musste, weil man sie intuitiv in die falsche Richtung geschoben hätte.

Sprecher/in 1:

Die größte Herausforderung der Zeit ist es allerdings, überhaupt erst einmal qualitativ hochwertige Linsen herzustellen. Das Ziel: ein scharfes, farbreines, unverzerrtes, stark vergrößertes Bild. Die Realität aber sieht meist anders aus:

06 Böttcher:

Linsen von Mikroskopen, die aus der Entwicklungszeit stammen, hatten zahlreiche Farbfehler beispielsweise, weil man nicht n der Lage war, die unterschiedliche Brechung verschiedener Farben in den Griff zu bekommen. (Das gelang erst im 19. Jahrhundert.)

MUSIK M03

Sprecher/in 2:

Denn Licht besteht aus unterschiedlichen Wellenlängen, also mehreren Farben – was beispielsweise sichtbar wird, wenn aus einem angeleuchteten Prisma das Licht in einer Art Regenbogen-Strahl wieder farbig austritt.

07 Böttcher:

Man sieht ein hochgradig künstliches Bild, etwas, das der normalen, alltäglichen Wahrnehmung teilweise richtiggehend entgegensteht. Und das man dann mehr oder weniger erst mal interpretieren muss oder deuten muss, um es dann entweder beschreibend oder als Zeichnung an andere zu vermitteln.

Sprecher/in 1:

Tüfteln ist also angesagt.

MUSIK M06

Sprecher/in 2:

Und das gelingt wohl keinem so gut, wie dem Niederländer Antonie van Leeuwenhoek [ˈantoːnɛɪ̯ ˈvɑn ˈleːwənhuk]. Als Tuchhändler hat er gelernt, mit starken Lupen die Qualität von Stoffen zu untersuchen. Und er treibt das Lupenprinzip zur Perfektion, löst das Problem der Farbfehler bei mehrlinsigen Mikroskopen auf seine ganz eigene Weise: Mit einer einzigen Linse. Medizinhistorikerin Marion Maria Ruisinger:

08 Ruisinger:

Der hat sich nicht bemüht, ein möglichst klares Glas zu finden, das dann möglichst gut geschliffen wird von einem Linsenschleifer, sondern der hat das selbst gemacht, in seinem Hinterstübchen, im Geheimen – er hat das Geheimnis auch mit ins Grab genommen – hat eine große Zahl von Mikroskopen produziert. Und vermutlich hat er diese winzig kleine Linse, so groß wie der Kopf von einer Glas-Stecknadel, wahrscheinlich hat er die dadurch produzieren können, dass er einen feinen Glasstab erhitzt hat, dass der vorne flüssig wurde und mit so einer drehenden Bewegung sich dann so eine kleine Kugel geformt hat. Und diese winzige Kugel an dieser Glasschmelze, die wurde dann seine Linse.

Sprecher/in 2:

Eine bis zu 270-fache Vergrößerung schafft Leeuwenhoek mit seiner Apparatur, die insgesamt nicht größer ist als eine Streichholzschachtel und die er sich ganz dicht vors Auge halten muss.

Sprecher/in 1:

Damit sieht er mehr als alle anderen zuvor – ohne zu wissen, was er da eigentlich sieht.

09 Ruisinger:

Er hat sich seinen eigenen Zahnbelag abgekratzt und angekuckt – gesehen, dass da irgendwas drinnen ist. Würmchen, Tierchen, was Schwarzes, was Dunkles, aber er hat das nicht weiter benennen können, er hat's nicht verstanden, nicht verstehen können, was das ist.

Sprecher/in 1:

… erläutert die Medizinerin und Medizinhistorikerin.

10 Ruisinger:

Es waren Bakterien. Aber um Bakterien sehen zu können, muss ich Bakterien kennen. Das heißt, hier wurde die Mikroskopie ganz wichtig für die Bakteriologie, aber zuerst musste das Konzept der Bakterien erdacht werden. Durch ganz andere Methoden. Und erst, nachdem man das Konzept auf dem Tisch lag, konnte man das, was man gesehen hat auch entsprechend einordnen.

Sprecher/in 1:

Sind diese Konzepte aber schon vorhanden, hilft das Mikroskop nun, sie auch zu beweisen. Auch dafür nennt Marion Maria Ruisinger ein Beispiel:

11 Ruisinger:

Als 1628 William Harvey seine Schrift publiziert in Frankfurt, in der er behauptet, dass das Blut im Kreis fließt. Da hat er ganz starken Gegenwind bekommen von seinen Kollegen, weil er damit das System der antiken Medizin, das fast 2.000 Jahre lang Gültigkeit gehabt hat, umgekippt hat. Das war eine Revolution. Das konnte man so nicht glauben. Und sie hatten ein starkes Argument, er konnte nämlich nicht wirklich schlüssig beweisen, nicht nachweisen, dass das Blut im Kreis fließt.

Ihm hat die Verbindung zwischen den Arterien und den Venen gefehlt, die konnte er nicht sehen mit bloßem Auge. Und das hat dann erst eine Generation später ein Anatom aus Italien leisten können, mit dem Mikroskop. An den Lungen des Frosches hat er nachweisen können, dass es tatsächlich Blutgefäße gibt, die so klein sind, so haarfein, dass sie die Arterien und die Venen verbinden ohne dass man sie mit bloßem Auge sehen kann: die Kapillaren, wie sie heute in der Medizin heißen, die Haargefäße.

MUSIK M07

Sprecher/in 1:

Insbesondere in der Medizin etabliert sich das Mikroskop relativ zügig zum anerkannten Arbeitsgerät.

Sprecher/in 2:

Spätestens im 18. Jahrhundert werden mikroskopische Bilder auch für eine breitere Masse populär: Die barocke Gesellschaft amüsiert sich kollektiv an der vergrößerten Natur. Mit Hilfe des "Beamers des 18. Jahrhunderts", dem sogenannten Sonnenmikroskop.

12 Ruisinger:

Es ist ein bisschen wie ein Diaprojektor. Die Lichtquelle ist die Sonne. Und dann muss das Sonnenlicht durch das Fenster fallen, das Fenster wird entsprechend mit einem schwarzen Tuch, mit einer schwarzen Platte verstellt, dass nur noch durch ein kleines Loch das Sonnenlicht reinfällt und dieser Lichtstrahl wird in einem dunklen Raum in dieses Sonnenmikroskop geleitet, fällt dort durch eine Linse und fällt dann durch das Objekt und wird vergrößert, so dass es wie bei einer Beamer-Projektion auf einer weißen Wand landet …

Sprecher/in 1:

… beschreibt Ruisinger den Aufbau. Und dann muss es atemberaubend gewesen sein.

13 Ruisinger:

Und stellen Sie sich jetzt vor, wenn da nicht irgendein langweiliger Objektträger eingeklemmt ist, sondern auf einer kleinen Nadelspitze sondern ein lebender Floh. Der wird groß wie ein Kalb auf die Wand projiziert, strampelt, bewegt sich. Das muss ein unglaublicher Effekt gewesen sein. In einer Zeit, die noch nicht so verwöhnt war von bewegten Bildern, wie wir es heute sind.

Sprecher/in 1:

Eine andere Art der Mikroskopie – irgendwo im Grenzgebiet zwischen Wissenschaft und gesellschaftlichem Amüsement.

MUSIK M08

Sprecher/in 2:

Im 19. Jahrhundert schließlich verbessert sich das mikroskopische Bild durch unterschiedliche Glassorten und Linsen-Schliffe immer weiter. Optiker wie Carl Zeiss fertigen Mikroskope von bis dahin ungeahnter Präzision – und Robert Koch, einer der Begründer der modernen Bakteriologie, dürfte nicht zuletzt dem Mikroskop seinen Nobelpreis für Medizin verdanken.

Sprecher/in 1:

Inzwischen gleichen bei modernen Licht-Mikroskopen zusätzliche Linsen Abbildungsfehler aus. Hochwertige Objektive etwa bestehen aus mehr als einem Dutzend Linsen. Spezielle Beleuchtungssysteme sorgen dafür, dass das Licht optimal auf das zu mikroskopierende Objekt konzentriert werden kann.

Sprecher/in 2:

Und heutzutage sind es nicht mehr nur Lichtwellen, die für den genauen Blick auf die Natur genutzt werden. Auch Elektronen oder Röntgenstrahlen erlauben in der modernen Mikroskopie immer detailliertere Einblicke.

ATMO

Sprecher/in 1:

Universität Erlangen, Institut für Mikro- und Nanostrukturforschung: In einem fensterlosen Raum steht ein großer weißer Kasten, im Inneren ausgekleidet mit silberner Folie und mit allerlei technischem Gerät bestückt. Es ist ein hochauflösendes Röntgenmikroskop, das optisch zunächst einmal nichts mehr mit einem Lichtmikroskop zu tun hat. Der Aufbau ist aber im Grunde genommen ähnlich, beschreibt Materialforscher Prof. Erdmann Spiecker: Statt Licht kommen hier eben Röntgenstrahlen zum Einsatz

14 Spiecker:

Wir haben links eine Röntgenquelle, da werden also Elektronen auf ein Metall beschleunigt – hier ist das ein Chrom-Material – und das erzeugt ganz spezielle Röntgenstrahlung einer Wellenlänge. Und diese Röntgenstrahlung wird dann hier in einem Kondensor-System gebündelt und auf die Probe gebracht. Die Probe sitzt hier auf einem ganz feinen Pin, also auf einer Spitze. Dann hat man hinten eben auch Linsen, man braucht spezielle Linsen, und dann wird das auf eine Kamera gelenkt.

MUSIK M02

Sprecher/in 2:

Auf dem feinen Pin sitzt – scheinbar nichts. Doch die Probe, die hier untersucht wird, ist einfach selbst schon so klein, dass sie nur unter dem Mikroskop auf die kleine Spitze übertragen werden kann.

Sprecher/in 1:

Neben dem Röntgenmikroskop hat der Werkstoffwissenschaftler ein Beispiel vorbereitet, wie es auch die frühen Mikroskop-Forscher auf dem Tisch gehabt haben können: Einen Schmetterling, einen grünen Zipfelfalter. Mit bloßem Auge wirkt der Flügel des kleinen Falters leicht pudrig.

Unter dem starken Lichtmikroskop dann zeigen sich schon kleine längliche Schuppen, die dachziegelartig übereinanderliegen und schillern. Im Röntgenmikroskop schließlich offenbart eine einzige dieser winzigen Flügelschuppen das ganzes Geheimnis ihrer Farbpracht:

15 Spiecker:

Wenn man genauer hinguckt in diese Flügelschuppen, besteht diese Schuppen aus ganz, ganz vielen ganz kleinen regulären Strukturen aus Chitin und die haben eine hochperiodische Struktur. Und diese Periodizität dieses 'Kristalls', kann man auch sagen, ist ungefähr im Bereich der Wellenlänge des grünen Lichts.

MUSIK M03

Sprecher/in 1:

Die grüne Farbe des Zipfelfalters kommt also nicht durch Pigmente zustande, sondern weil das mit bloßem Auge unsichtbare Muster in der Oberflächenstruktur hunderter einzelner Flügelschuppen bestimmte Wellenlängen des Lichts reflektiert – ohne extreme Vergrößerung nicht einmal zu erahnen.

Sprecher/in 2:

Ohne Hilfsmittel kann das menschliche Auge ein bis zwei Zehntelmillimeter große Strukturen erkennen und voneinander unterscheiden. Das genügt, um etwa am Blatt einer Pflanze noch Adern und Äderchen zu erkennen.

Sprecher/in 1:

Mit einem leistungsstarken Lichtmikroskop dagegen lassen sich schon Dinge im Mikrometer-Bereich darstellen – zum Beispiel die Zellen und Spaltöffnungen eines Blatts. Eine noch bessere Auflösung gelingt aber nicht, egal, wie viele und welche guten gute Linsen man einsetzen würde.

Sprecher/in 2:

Das liegt an der Wellenlänge des Lichts: Ist die größer als das, was man unter dem Mikroskop erkennen will, funktioniert es schlichtweg nicht. Der Grund: die sogenannte Beugungsbegrenzung.

16 Spiecker:

Diese Beugungsphänomene führen dazu, dass man einen Punkt nicht auf einen Punkt abbilden kann. Das heißt, wenn ich ein punktförmiges Objekt habe und ich habe eine Linse und bilde diesen Punkt ab auf eine Bildebene, dann ist das kein Punkt mehr, sondern ein verbreitertes Scheibchen. Und dieses Scheibchen hat eine Breite, die eben auf keinen Fall viel, viel kleiner als die Wellenlänge sein kann.

MUSIK M01

Sprecher/in 1:

Der Trick: kürzere Wellen benutzen. Und hier kommt das Röntgenmikroskop ins Spiel.

Sprecher/in 2:

Auch Röntgenstrahlen sind Wellen. Da sie aber eine deutlich kürzere Wellenlänge haben, können sie deutlich mehr Details abbilden. Eine Auflösung von etwa 50 Nanometern erreicht das Röntgenmikroskop in Erlangen .

Sprecher/in 1:

Zusätzlicher Vorteil: Die Röntgenstrahlen können das Objekt auch von allen Seiten durchleuchten wie in der Computertomographie beim Arzt. In der 3D-Animation bestehend aus den zahlreichen Einzelbildern kann man so dann durch die kleine Schmetterlingsflügel-Schuppe gleichsam hindurchfliegen. Kringel, Hohlräume und die gesamte Feinstruktur sind zu erkennen – und könnten etwa Rückschlüsse auf die komplexe Bildung der Flügel während der Verpuppung liefern.

Sprecher/in 2:

Schmetterlingsflügel sind aber freilich nicht die Standard-Materialien, die hier am Lehrstuhl für Mikro- und Nanostrukturforschung untersucht werden. Normalerweise be- und durchleuchten Erdmann Spiecker und sein Team Hochleistungsmaterialien, etwa für Flugzeugturbinen oder Solarmodule. Auch mit dem sogenannten Transmissions-Elektronenmikroskop, bei dem Elektronen die Funktion des Lichts übernehmen. Das Gerät leistet eine millionenfache Auflösung. Sogar Atome lassen sich hier identifizieren und verfolgen. Das Ziel: Verstehen, wie die innere Struktur und die Eigenschaften eines Materials zusammenhängen.

17 Spiecker:

Fast alle Metalle, die wir im täglichen Gebrauch nutzen, sind kristalline Materialien. Und da kann man dann die einzelnen Netzebenen des Kristalls auflösen, man kann nach Fehlern kucken, man kann kucken, wie sich solche Materialien auch verhalten unter äußeren Einwirkungen. Das ist auch ein Schwerpunkt hier bei uns. Wir betreiben sogenannte In-situ-Mikroskopie. Das heißt, wir kucken zu, während ein Material sich verändert als Folge einer mechanischen Verformung oder eines Wärmeeintrags. Und so können wir dann verstehen, wie Materialien auf dieser kleinen Längenskala funktionieren.

Sprecher/in 1:

Entsteht der sichtbare Riss in einer Flugzeugturbine vielleicht schon lange vorher auf atomarer Ebene? Und verändert eine Solarzelle beim Stromerzeugen ihre Eigenschaften?

Sprecher/in 2:

Die Mikroskope, die den Einblick zur Beantwortung solcher Fragen liefern, sind hochempfindliche Gerätschaften. Schon der Aufenthalt im Mikroskopie-Raum kann dabei stören, weil die Forschenden selbst Wärme, Schallwellen oder Erschütterungen einbringen.

Sprecher/in 1:

Grundsätzlich aber entstehen auch diese ultra-detaillierten Bilder nach dem Konzept, das schon die Pioniere der Mikroskopie genutzt haben: Ein Objekt wird beleuchtet – nur eben mit anderen Wellenlängen.

Sprecher/in 2:

Eine andere Art des modernen Mikroskopierens ist das Rastern. Hier wird mit einer Art Sonde, also etwa einem feien Elektronenstrahl, die Oberfläche eines Objekts Punkt für Punkt abgetastet. Ein Computer setzt die einzelnen Informationspunkte dann zu einem Bild zusammen.

Sprecher/in 1:

Den Anblick dieser spannenden, fast landschaftsähnlichen Oberflächen-Strukturen kennen wir etwa aus der Darstellung von Viren.

Sprecher/in 2:

Aber auch auf dem Gebiet der Lichtmikroskopie gab es zuletzt wieder bahnbrechende Entwicklungen: So ist es den Mikroskopikern nach mehr als 300 Jahren endlich gelungen, die Beugungsbegrenzung des Lichtmikroskops auszuhebeln und noch wesentlich feinere Details sichtbar zu machen.

18 Spiecker:

Das geht aber nicht mit jedem Mikroskop, man braucht sogenannte Fluoreszenz-Mikroskopie. Fluoreszenz-Mikroskopie heißt, man regt die Probe zur Fluoreszenz an, das heißt, sie leuchtet selber. Und mit dieser Fluoreszenzmikroskopie und neuen Techniken kann man dann eben diese hohen Auflösungen erreichen.

Sprecher/in 1:

Was ihren Entwicklern wiederum den Nobelpreis eingebracht hat.

Sprecher/in 2:

Die gesamte Stärke der modernen Mikroskopie liegt letztlich in der Kombination der verschiedenen Mikroskope. Das eine zeigt, dass es an einer bestimmten Stelle etwas zu sehen gibt, das nächste zeigt, was es dort gibt und ein weiteres durchleuchtet das Objekt bis zum kleinsten Atom oder Orbital.

Sprecher/in 1:

Das Gesehene dann zu interpretieren und einzuordnen – das obliegt dann wieder der Kunst des Forschers. Genauso wie im 17. Jahrhundert, als das Mikroskop erfunden wurde.

  continue reading

4200 Episoden

Artwork
iconTeilen
 
Manage episode 283969337 series 1833401
Inhalt bereitgestellt von Bayerischer Rundfunk. Alle Podcast-Inhalte, einschließlich Episoden, Grafiken und Podcast-Beschreibungen, werden direkt von Bayerischer Rundfunk oder seinem Podcast-Plattformpartner hochgeladen und bereitgestellt. Wenn Sie glauben, dass jemand Ihr urheberrechtlich geschütztes Werk ohne Ihre Erlaubnis nutzt, können Sie dem hier beschriebenen Verfahren folgen https://de.player.fm/legal.

Ein Floh tanzt vor einer staunenden Gesellschaft und ein Tuchhändler sieht ein Bakterium: Als in der Renaissance das Mikroskop erfunden wird, eröffnen sich neue Welten. (BR 2021) Autorin:

Credits
Autor/in dieser Folge: Inga Pflug
Regie: Rainer Schaller
Es sprachen: Andreas Neumann, Hemma Michel, Michael Atzinger
Technik: Regina Staerke
Redaktion: Nicole Ruchlak

Im Interview:
Erdmann Spiecker, Lehrstuhl für Mikro- und Nanostrukturforschung & Center für Nanoanalysis and Electron Microscopy (CENEM), Universität Erlangen-Nürnberg, Werkstoffwissenschaftler;
Julia Böttcher, Zentralinstitut für Wissenschaftsreflexion und Schlüsselqualifikationen (ZiWis) der Universität Erlangen-Nürnberg, Wissenschaftshistorikerin;
Marion Maria Ruisinger, Direktorin des Deutschen Medizinhistorischen Museums Ingolstadt, Medizinerin, Medizinhistorikerin

Linktipps:

Noch mehr Interesse an Geschichte? Dann empfehlen wir:
ALLES GESCHICHTE - HISTORY VON RADIOWISSEN
Skurril, anrührend, witzig und oft überraschend. Das Kalenderblatt erzählt geschichtliche Anekdoten zum Tagesdatum. Ein Angebot des Bayerischen Rundrunks.
DAS KALENDERBLATT
Frauen ins Rampenlicht! Der Instagramkanal frauen_geschichte versorgt Sie regelmäßig mit spannenden Posts über Frauen, die Geschichte schrieben. Ein Angebot des Bayerischen Rundfunks.
EXTERNER LINK | INSTAGRAMKANAL frauen_geschichte

Wir freuen uns über Feedback und Anregungen zur Sendung per Mail an radiowissen@br.de.
RadioWissen finden Sie auch in der ARD Audiothek:
ARD Audiothek | RadioWissen
JETZT ENTDECKEN

Das vollständige Manuskript gibt es HIER.

Lesen Sie einen Ausschnitt aus dem Manuskript:

Sprecher/in 1:

Ein Haar erscheint wie ein armdickes Seil, Blütenpollen wirken wie exotische Früchte mit Stacheln und in einem klarer Wassertropfen tummeln sich Myriaden kleiner Monster: Unter dem Mikroskop offenbart die Natur, was dem reinen Auge verborgen bleibt – und eröffnet ungeahnte Dimensionen: Seit der Mensch die Welt um sich herum vergrößert, zeigt sie ihm ein immer detaillierteres Bild von sich selbst.

MUSIK M02

Sprecher/in 2:

Den ersten Blick auf diesen Mikrokosmos erhaschen Gelehrte am Anfang des 17. Jahrhunderts. Kaum vorstellbar, wie es sich angefühlt haben muss, mit eigenen Augen auf eine vollkommen unbekannte – weil bislang unsichtbare – Welt zu schauen.

01 Ruisinger:

Angefangen hat das mit etwas, was ganz Viele – ich auch – auf der Nase tragen, nämlich mit der Brille.

Sprecher/in 1:

… beschreibt Marion Maria Ruisinger [Aussprache wie geschrieben]. Sie ist Direktorin des Deutschen Medizinhistorischen Museums in Ingolstadt.

Sprecher/in 2:

Dass durchsichtige Linsen oder auch Wassertropfen vergrößernd wirken, ist damals schon lange bekannt. Ab dem Mittelalter gleichen sogenannte Lesesteine aus geschliffenem Beryll – einem durchsichtigen, glasähnlichen Mineral – Sehschwächen aus. Aus ihnen entwickeln sich Monokel und Brillen, vom Beryll leitet sich auch das Wort "Brille" ab. Dementsprechend sind die Brillenmacher im 17. Jahrhundert die Fachleute für gläserne Linsen, sagt die Medizinhistorikerin:

02 Ruisinger:

Brillenmacher waren tatsächlich auch die ersten, die es mal ausprobiert haben, was passiert, wenn man mehrere Linsen in einem Sehstrahl hintereinander anordnet. Dafür braucht man so eine Röhre, wo man diese Linsen dann fixieren kann und wenn man durchguckt – je nachdem wie die Linse geschliffen war, wie die Röhre gestaltet ist – konnte man plötzlich sehr Fernes deutlich näher sehen, das war dann das was wir heute Teleskop nennen. Oder man konnte ganz kleine Dinge sehr viel größer sehen. Das ist das, was wir heute Mikroskop nennen. Man kann also sagen, der Blick in die Ferne und die Entdeckung dieser kleinen Welt haben eine gemeinsame Geburtsstunde und einen gemeinsamen Geburtsort. Nämlich die Werkstatt des Brillenmachers, so um 1610/1620.

Sprecher/in 1:

Geburtshelfer für beide Instrumente ist das im ausgehenden Mittelalter allmählich erwachende Interesse, im Buch der Natur zu lesen.

03 Ruisinger:

Im Buch der Natur lesen, das heißt nicht nur die alten Schriften eines Dioskurides zum Beispiel untersuchen, sondern rausgehen und die Pflanzen vor Ort ansehen. Nicht nur die Anatomie des Galen studieren, sondern den Leichnam selbst öffnen und nachschauen. Dieses Lesen im Buch der Natur, das beginnt im Spätmittelalter in Norditalien, ist der Blick der Gelehrten in der Renaissance, und der wird immer weiter vorangetrieben. Man schaut immer genauer, erforscht den Menschen – zum Beispiel jetzt in der Medizin – immer mehr im Detail, bis die ganze makroskopische Anatomie erschlossen ist, also alles, was ich mich unbewehrtem Auge sehen kann, und dann, um es dann noch weiter vorantreiben zu können, da muss man eine Vergrößerung ansetzen.

Sprecher/in 1:

Zunächst mit der Lupe, später dann mit dem Mikroskop.

MUSIK M03

Sprecher/in 2:

Im Grunde entspricht das Prinzip des Mikroskops einer doppelten Lupe: Das von der ersten Linse – dem Objektiv – vergrößerte Bild wird von einer zweiten Linse – dem Okular – nochmals vergrößert. Die Werte beider Linsen vervielfachen sich dabei: Schafft das Objektiv beispielsweise eine 20-fache Vergrößerung und das Okular eine 10-fache, ergibt sich insgesamt eine 200-fache Gesamtvergrößerung des betrachteten Objekts.

Sprecher/in 1:

Und die Natur bietet reichhaltigen Lesestoff für das optisch unterstützte Auge der Forscher: menschliche Exkremente oder Säfte wie Blut, Speichel, Urin oder die Samenflüssigkeit lassen sich genauso unter die Lupe nehmen wie Pflanzen oder Naturphänomene wie etwa Schneeflocken. Den Anfang machen allerdings wohl Insekten:

Sprecher/in 2:

Als quasi "erste mikroskopische Abbildung" gilt eine Bienen-Zeichnung des italienischen Naturforschers Francesco Stelluti: Er zeichnet das gesamte Insekt überlebensgroß in unterschiedlichen Perspektiven, aber auch einzelne Details wie den Kopf, die Beine oder die Fühler.

MUSIK M05

Sprecher/in 1:

Und auch andere Insekten beschäftigen die Gelehrten – stellen sie doch ein geradezu ideales Untersuchungsmaterial dar:

Sie sind verfügbar und relativ robust, klein, aber auch nicht zu klein. Der englische Wissenschaftler Robert Hooke etwa stellt in seinem Werk "Micrographia" unter anderem mikroskopische Beobachtungen über den Floh an und schwärmt:

Zitator:

"Er ist über und über mit einer wunderbar polierten dunklen Rüstung geschmückt, deren Platten fein gefügt sind und viele scharfe Nadeln tragen. Diese ähneln den Stacheln des Stachelschweins oder blanken, spitz zulaufen den Stahlnadeln [...]. Er hat auch zwei Beißwerkzeuge, ein wenig wie die der Ameise, aber ich konnte keine Zähne entdecken.

Sprecher/in 1:

Folgerichtig werden die frühen Mikroskope auch Flohgläser genannt.

Sprecher/in 2:

Während das Teleskop dazu führt, dass das geozentrische, also erdzentrierte Weltbild ins Wanken gerät und der Erde und damit dem Menschen allmählich seine zentrale Position im Universum nimmt, verursachen die Studien mit dem Mikroskop übrigens keine Konflikte mit der Kirche. Die Untersuchung der Natur wird als Untersuchung der Schöpfung Gottes verstanden:

04 Ruisinger:

Man kann sagen Naturforschung, so betrachtet, ist eine Art von Gottesbeweis und damit ganz unproblematisch für die kirchliche Lehre.

Sprecher/in 1:

In der Praxis ist das Mikroskopieren allerdings ganz und gar nicht unproblematisch. Durch die Linse tatsächlich etwas zu sehen – eine Herausforderung, beschreibt Wissenschaftshistorikerin Julia Böttcher vom Erlanger Zentralinstitut für Wissenschaftsreflexion und Schlüsselqualifikationen:

05 Böttcher:

Man kann zum Beispiel für die Mikroskope des 17. Jahrhunderts anhand von Nachbauten sehr schön sehen, dass das Bild beispielsweise auf dem Kopf stand, wenn man da hindurchgeschaut hat. Das heißt, allein schon die Probe vor der Linse zu verschieben, war etwas, was man mit Erfahrung meistern musste, weil man sie intuitiv in die falsche Richtung geschoben hätte.

Sprecher/in 1:

Die größte Herausforderung der Zeit ist es allerdings, überhaupt erst einmal qualitativ hochwertige Linsen herzustellen. Das Ziel: ein scharfes, farbreines, unverzerrtes, stark vergrößertes Bild. Die Realität aber sieht meist anders aus:

06 Böttcher:

Linsen von Mikroskopen, die aus der Entwicklungszeit stammen, hatten zahlreiche Farbfehler beispielsweise, weil man nicht n der Lage war, die unterschiedliche Brechung verschiedener Farben in den Griff zu bekommen. (Das gelang erst im 19. Jahrhundert.)

MUSIK M03

Sprecher/in 2:

Denn Licht besteht aus unterschiedlichen Wellenlängen, also mehreren Farben – was beispielsweise sichtbar wird, wenn aus einem angeleuchteten Prisma das Licht in einer Art Regenbogen-Strahl wieder farbig austritt.

07 Böttcher:

Man sieht ein hochgradig künstliches Bild, etwas, das der normalen, alltäglichen Wahrnehmung teilweise richtiggehend entgegensteht. Und das man dann mehr oder weniger erst mal interpretieren muss oder deuten muss, um es dann entweder beschreibend oder als Zeichnung an andere zu vermitteln.

Sprecher/in 1:

Tüfteln ist also angesagt.

MUSIK M06

Sprecher/in 2:

Und das gelingt wohl keinem so gut, wie dem Niederländer Antonie van Leeuwenhoek [ˈantoːnɛɪ̯ ˈvɑn ˈleːwənhuk]. Als Tuchhändler hat er gelernt, mit starken Lupen die Qualität von Stoffen zu untersuchen. Und er treibt das Lupenprinzip zur Perfektion, löst das Problem der Farbfehler bei mehrlinsigen Mikroskopen auf seine ganz eigene Weise: Mit einer einzigen Linse. Medizinhistorikerin Marion Maria Ruisinger:

08 Ruisinger:

Der hat sich nicht bemüht, ein möglichst klares Glas zu finden, das dann möglichst gut geschliffen wird von einem Linsenschleifer, sondern der hat das selbst gemacht, in seinem Hinterstübchen, im Geheimen – er hat das Geheimnis auch mit ins Grab genommen – hat eine große Zahl von Mikroskopen produziert. Und vermutlich hat er diese winzig kleine Linse, so groß wie der Kopf von einer Glas-Stecknadel, wahrscheinlich hat er die dadurch produzieren können, dass er einen feinen Glasstab erhitzt hat, dass der vorne flüssig wurde und mit so einer drehenden Bewegung sich dann so eine kleine Kugel geformt hat. Und diese winzige Kugel an dieser Glasschmelze, die wurde dann seine Linse.

Sprecher/in 2:

Eine bis zu 270-fache Vergrößerung schafft Leeuwenhoek mit seiner Apparatur, die insgesamt nicht größer ist als eine Streichholzschachtel und die er sich ganz dicht vors Auge halten muss.

Sprecher/in 1:

Damit sieht er mehr als alle anderen zuvor – ohne zu wissen, was er da eigentlich sieht.

09 Ruisinger:

Er hat sich seinen eigenen Zahnbelag abgekratzt und angekuckt – gesehen, dass da irgendwas drinnen ist. Würmchen, Tierchen, was Schwarzes, was Dunkles, aber er hat das nicht weiter benennen können, er hat's nicht verstanden, nicht verstehen können, was das ist.

Sprecher/in 1:

… erläutert die Medizinerin und Medizinhistorikerin.

10 Ruisinger:

Es waren Bakterien. Aber um Bakterien sehen zu können, muss ich Bakterien kennen. Das heißt, hier wurde die Mikroskopie ganz wichtig für die Bakteriologie, aber zuerst musste das Konzept der Bakterien erdacht werden. Durch ganz andere Methoden. Und erst, nachdem man das Konzept auf dem Tisch lag, konnte man das, was man gesehen hat auch entsprechend einordnen.

Sprecher/in 1:

Sind diese Konzepte aber schon vorhanden, hilft das Mikroskop nun, sie auch zu beweisen. Auch dafür nennt Marion Maria Ruisinger ein Beispiel:

11 Ruisinger:

Als 1628 William Harvey seine Schrift publiziert in Frankfurt, in der er behauptet, dass das Blut im Kreis fließt. Da hat er ganz starken Gegenwind bekommen von seinen Kollegen, weil er damit das System der antiken Medizin, das fast 2.000 Jahre lang Gültigkeit gehabt hat, umgekippt hat. Das war eine Revolution. Das konnte man so nicht glauben. Und sie hatten ein starkes Argument, er konnte nämlich nicht wirklich schlüssig beweisen, nicht nachweisen, dass das Blut im Kreis fließt.

Ihm hat die Verbindung zwischen den Arterien und den Venen gefehlt, die konnte er nicht sehen mit bloßem Auge. Und das hat dann erst eine Generation später ein Anatom aus Italien leisten können, mit dem Mikroskop. An den Lungen des Frosches hat er nachweisen können, dass es tatsächlich Blutgefäße gibt, die so klein sind, so haarfein, dass sie die Arterien und die Venen verbinden ohne dass man sie mit bloßem Auge sehen kann: die Kapillaren, wie sie heute in der Medizin heißen, die Haargefäße.

MUSIK M07

Sprecher/in 1:

Insbesondere in der Medizin etabliert sich das Mikroskop relativ zügig zum anerkannten Arbeitsgerät.

Sprecher/in 2:

Spätestens im 18. Jahrhundert werden mikroskopische Bilder auch für eine breitere Masse populär: Die barocke Gesellschaft amüsiert sich kollektiv an der vergrößerten Natur. Mit Hilfe des "Beamers des 18. Jahrhunderts", dem sogenannten Sonnenmikroskop.

12 Ruisinger:

Es ist ein bisschen wie ein Diaprojektor. Die Lichtquelle ist die Sonne. Und dann muss das Sonnenlicht durch das Fenster fallen, das Fenster wird entsprechend mit einem schwarzen Tuch, mit einer schwarzen Platte verstellt, dass nur noch durch ein kleines Loch das Sonnenlicht reinfällt und dieser Lichtstrahl wird in einem dunklen Raum in dieses Sonnenmikroskop geleitet, fällt dort durch eine Linse und fällt dann durch das Objekt und wird vergrößert, so dass es wie bei einer Beamer-Projektion auf einer weißen Wand landet …

Sprecher/in 1:

… beschreibt Ruisinger den Aufbau. Und dann muss es atemberaubend gewesen sein.

13 Ruisinger:

Und stellen Sie sich jetzt vor, wenn da nicht irgendein langweiliger Objektträger eingeklemmt ist, sondern auf einer kleinen Nadelspitze sondern ein lebender Floh. Der wird groß wie ein Kalb auf die Wand projiziert, strampelt, bewegt sich. Das muss ein unglaublicher Effekt gewesen sein. In einer Zeit, die noch nicht so verwöhnt war von bewegten Bildern, wie wir es heute sind.

Sprecher/in 1:

Eine andere Art der Mikroskopie – irgendwo im Grenzgebiet zwischen Wissenschaft und gesellschaftlichem Amüsement.

MUSIK M08

Sprecher/in 2:

Im 19. Jahrhundert schließlich verbessert sich das mikroskopische Bild durch unterschiedliche Glassorten und Linsen-Schliffe immer weiter. Optiker wie Carl Zeiss fertigen Mikroskope von bis dahin ungeahnter Präzision – und Robert Koch, einer der Begründer der modernen Bakteriologie, dürfte nicht zuletzt dem Mikroskop seinen Nobelpreis für Medizin verdanken.

Sprecher/in 1:

Inzwischen gleichen bei modernen Licht-Mikroskopen zusätzliche Linsen Abbildungsfehler aus. Hochwertige Objektive etwa bestehen aus mehr als einem Dutzend Linsen. Spezielle Beleuchtungssysteme sorgen dafür, dass das Licht optimal auf das zu mikroskopierende Objekt konzentriert werden kann.

Sprecher/in 2:

Und heutzutage sind es nicht mehr nur Lichtwellen, die für den genauen Blick auf die Natur genutzt werden. Auch Elektronen oder Röntgenstrahlen erlauben in der modernen Mikroskopie immer detailliertere Einblicke.

ATMO

Sprecher/in 1:

Universität Erlangen, Institut für Mikro- und Nanostrukturforschung: In einem fensterlosen Raum steht ein großer weißer Kasten, im Inneren ausgekleidet mit silberner Folie und mit allerlei technischem Gerät bestückt. Es ist ein hochauflösendes Röntgenmikroskop, das optisch zunächst einmal nichts mehr mit einem Lichtmikroskop zu tun hat. Der Aufbau ist aber im Grunde genommen ähnlich, beschreibt Materialforscher Prof. Erdmann Spiecker: Statt Licht kommen hier eben Röntgenstrahlen zum Einsatz

14 Spiecker:

Wir haben links eine Röntgenquelle, da werden also Elektronen auf ein Metall beschleunigt – hier ist das ein Chrom-Material – und das erzeugt ganz spezielle Röntgenstrahlung einer Wellenlänge. Und diese Röntgenstrahlung wird dann hier in einem Kondensor-System gebündelt und auf die Probe gebracht. Die Probe sitzt hier auf einem ganz feinen Pin, also auf einer Spitze. Dann hat man hinten eben auch Linsen, man braucht spezielle Linsen, und dann wird das auf eine Kamera gelenkt.

MUSIK M02

Sprecher/in 2:

Auf dem feinen Pin sitzt – scheinbar nichts. Doch die Probe, die hier untersucht wird, ist einfach selbst schon so klein, dass sie nur unter dem Mikroskop auf die kleine Spitze übertragen werden kann.

Sprecher/in 1:

Neben dem Röntgenmikroskop hat der Werkstoffwissenschaftler ein Beispiel vorbereitet, wie es auch die frühen Mikroskop-Forscher auf dem Tisch gehabt haben können: Einen Schmetterling, einen grünen Zipfelfalter. Mit bloßem Auge wirkt der Flügel des kleinen Falters leicht pudrig.

Unter dem starken Lichtmikroskop dann zeigen sich schon kleine längliche Schuppen, die dachziegelartig übereinanderliegen und schillern. Im Röntgenmikroskop schließlich offenbart eine einzige dieser winzigen Flügelschuppen das ganzes Geheimnis ihrer Farbpracht:

15 Spiecker:

Wenn man genauer hinguckt in diese Flügelschuppen, besteht diese Schuppen aus ganz, ganz vielen ganz kleinen regulären Strukturen aus Chitin und die haben eine hochperiodische Struktur. Und diese Periodizität dieses 'Kristalls', kann man auch sagen, ist ungefähr im Bereich der Wellenlänge des grünen Lichts.

MUSIK M03

Sprecher/in 1:

Die grüne Farbe des Zipfelfalters kommt also nicht durch Pigmente zustande, sondern weil das mit bloßem Auge unsichtbare Muster in der Oberflächenstruktur hunderter einzelner Flügelschuppen bestimmte Wellenlängen des Lichts reflektiert – ohne extreme Vergrößerung nicht einmal zu erahnen.

Sprecher/in 2:

Ohne Hilfsmittel kann das menschliche Auge ein bis zwei Zehntelmillimeter große Strukturen erkennen und voneinander unterscheiden. Das genügt, um etwa am Blatt einer Pflanze noch Adern und Äderchen zu erkennen.

Sprecher/in 1:

Mit einem leistungsstarken Lichtmikroskop dagegen lassen sich schon Dinge im Mikrometer-Bereich darstellen – zum Beispiel die Zellen und Spaltöffnungen eines Blatts. Eine noch bessere Auflösung gelingt aber nicht, egal, wie viele und welche guten gute Linsen man einsetzen würde.

Sprecher/in 2:

Das liegt an der Wellenlänge des Lichts: Ist die größer als das, was man unter dem Mikroskop erkennen will, funktioniert es schlichtweg nicht. Der Grund: die sogenannte Beugungsbegrenzung.

16 Spiecker:

Diese Beugungsphänomene führen dazu, dass man einen Punkt nicht auf einen Punkt abbilden kann. Das heißt, wenn ich ein punktförmiges Objekt habe und ich habe eine Linse und bilde diesen Punkt ab auf eine Bildebene, dann ist das kein Punkt mehr, sondern ein verbreitertes Scheibchen. Und dieses Scheibchen hat eine Breite, die eben auf keinen Fall viel, viel kleiner als die Wellenlänge sein kann.

MUSIK M01

Sprecher/in 1:

Der Trick: kürzere Wellen benutzen. Und hier kommt das Röntgenmikroskop ins Spiel.

Sprecher/in 2:

Auch Röntgenstrahlen sind Wellen. Da sie aber eine deutlich kürzere Wellenlänge haben, können sie deutlich mehr Details abbilden. Eine Auflösung von etwa 50 Nanometern erreicht das Röntgenmikroskop in Erlangen .

Sprecher/in 1:

Zusätzlicher Vorteil: Die Röntgenstrahlen können das Objekt auch von allen Seiten durchleuchten wie in der Computertomographie beim Arzt. In der 3D-Animation bestehend aus den zahlreichen Einzelbildern kann man so dann durch die kleine Schmetterlingsflügel-Schuppe gleichsam hindurchfliegen. Kringel, Hohlräume und die gesamte Feinstruktur sind zu erkennen – und könnten etwa Rückschlüsse auf die komplexe Bildung der Flügel während der Verpuppung liefern.

Sprecher/in 2:

Schmetterlingsflügel sind aber freilich nicht die Standard-Materialien, die hier am Lehrstuhl für Mikro- und Nanostrukturforschung untersucht werden. Normalerweise be- und durchleuchten Erdmann Spiecker und sein Team Hochleistungsmaterialien, etwa für Flugzeugturbinen oder Solarmodule. Auch mit dem sogenannten Transmissions-Elektronenmikroskop, bei dem Elektronen die Funktion des Lichts übernehmen. Das Gerät leistet eine millionenfache Auflösung. Sogar Atome lassen sich hier identifizieren und verfolgen. Das Ziel: Verstehen, wie die innere Struktur und die Eigenschaften eines Materials zusammenhängen.

17 Spiecker:

Fast alle Metalle, die wir im täglichen Gebrauch nutzen, sind kristalline Materialien. Und da kann man dann die einzelnen Netzebenen des Kristalls auflösen, man kann nach Fehlern kucken, man kann kucken, wie sich solche Materialien auch verhalten unter äußeren Einwirkungen. Das ist auch ein Schwerpunkt hier bei uns. Wir betreiben sogenannte In-situ-Mikroskopie. Das heißt, wir kucken zu, während ein Material sich verändert als Folge einer mechanischen Verformung oder eines Wärmeeintrags. Und so können wir dann verstehen, wie Materialien auf dieser kleinen Längenskala funktionieren.

Sprecher/in 1:

Entsteht der sichtbare Riss in einer Flugzeugturbine vielleicht schon lange vorher auf atomarer Ebene? Und verändert eine Solarzelle beim Stromerzeugen ihre Eigenschaften?

Sprecher/in 2:

Die Mikroskope, die den Einblick zur Beantwortung solcher Fragen liefern, sind hochempfindliche Gerätschaften. Schon der Aufenthalt im Mikroskopie-Raum kann dabei stören, weil die Forschenden selbst Wärme, Schallwellen oder Erschütterungen einbringen.

Sprecher/in 1:

Grundsätzlich aber entstehen auch diese ultra-detaillierten Bilder nach dem Konzept, das schon die Pioniere der Mikroskopie genutzt haben: Ein Objekt wird beleuchtet – nur eben mit anderen Wellenlängen.

Sprecher/in 2:

Eine andere Art des modernen Mikroskopierens ist das Rastern. Hier wird mit einer Art Sonde, also etwa einem feien Elektronenstrahl, die Oberfläche eines Objekts Punkt für Punkt abgetastet. Ein Computer setzt die einzelnen Informationspunkte dann zu einem Bild zusammen.

Sprecher/in 1:

Den Anblick dieser spannenden, fast landschaftsähnlichen Oberflächen-Strukturen kennen wir etwa aus der Darstellung von Viren.

Sprecher/in 2:

Aber auch auf dem Gebiet der Lichtmikroskopie gab es zuletzt wieder bahnbrechende Entwicklungen: So ist es den Mikroskopikern nach mehr als 300 Jahren endlich gelungen, die Beugungsbegrenzung des Lichtmikroskops auszuhebeln und noch wesentlich feinere Details sichtbar zu machen.

18 Spiecker:

Das geht aber nicht mit jedem Mikroskop, man braucht sogenannte Fluoreszenz-Mikroskopie. Fluoreszenz-Mikroskopie heißt, man regt die Probe zur Fluoreszenz an, das heißt, sie leuchtet selber. Und mit dieser Fluoreszenzmikroskopie und neuen Techniken kann man dann eben diese hohen Auflösungen erreichen.

Sprecher/in 1:

Was ihren Entwicklern wiederum den Nobelpreis eingebracht hat.

Sprecher/in 2:

Die gesamte Stärke der modernen Mikroskopie liegt letztlich in der Kombination der verschiedenen Mikroskope. Das eine zeigt, dass es an einer bestimmten Stelle etwas zu sehen gibt, das nächste zeigt, was es dort gibt und ein weiteres durchleuchtet das Objekt bis zum kleinsten Atom oder Orbital.

Sprecher/in 1:

Das Gesehene dann zu interpretieren und einzuordnen – das obliegt dann wieder der Kunst des Forschers. Genauso wie im 17. Jahrhundert, als das Mikroskop erfunden wurde.

  continue reading

4200 Episoden

Alle Folgen

×
 
Loading …

Willkommen auf Player FM!

Player FM scannt gerade das Web nach Podcasts mit hoher Qualität, die du genießen kannst. Es ist die beste Podcast-App und funktioniert auf Android, iPhone und im Web. Melde dich an, um Abos geräteübergreifend zu synchronisieren.

 

Kurzanleitung