Mikroskop und Mikroskopie - Ein wichtiger Helfer auf vielen Gebieten

Inhaltsverzeichnis

Prolog

Die Perioden der Geschichte der Mikroskopie

Vorgeschichte des Mikroskops

Die frühe Geschichte des Mikroskops bis 16. Jahrhundert

Das 17. Jahrhundert

Das 18. Jahrhundert

Das 19. Jahrhundert

Das 20. Jahrhundert

Literatur

Vita des Autors

Abstract

Prolog

Mikroskope sind optische Instrumente, welche sehr kleine Gegenstände dem Auge vergrößert darstellen; also, es ist ein Gerät, welches es erlaubt, dem menschlichen Auge nichtsichtbare Objekte bzw. die Struktur von Objekten sichtbar zu machen oder auch bildlich darzustellen. Eine Technik, die ein Mikroskop einsetzt um Gebilde wie auch die Anatomie der Stoffe sehbar zu machen, wird als Mikroskopie bezeichnet.

Sie war und ist ein wesentliches Hilfsmittel für die Forschung und Praxis vor allem in der Kristallographie, Biologie, Medizin wie auch in den Materialwissenschaften. Außerdem ist die Mikroskopie das technische Gebiet der Verwendung von Mikroskopen, um sowohl Oberflächenstrukturen und/oder den inneren Aufbau von Kristallen, Zellen, Organen, Werkstoffen etc. aufzuklären. Unterschieden wird dabei in die drei bekannten Zweige der Mikroskopie, nämlich: die optische, die Elektronen- und die Raster-Sonden-Mikroskopie.

In der vorliegenden Chronologie zum Mikroskop und der Mikroskopie wird aufgezeigt, daß die Geschichte der Mikroskopie, wie könnte es anders sein, mit den Griechen und Römern. Beginnt. Der Autor führt den Leser in seinem Exkurs zur Genese des Mikroskops sowie der Mikroskopie von den verwendeten Brenngläsern der Vorzeit, den eingesetzten Lesesteinen der Antike, über die geschaffenen klassischen Lichtmikroskope mit einem physikalisch bestenfalls möglichen Auflösungsvermögens von 0,2 Mikrometer bis hin zu den hochmodernen Transmissionselektronenmikroskop mit Aberrationskorrektur, TEAM genannt, mit einer Auflösung von 0,05 Nanometern.

Und dem Leserkreis wird weiterhin vermittelt, daß am Anfang die so genannten einfachen Mikroskope entwickelt und genutzt wurden, welche Instrumente mit einer Sammellinse von kurzer Brennweite (Lupe) sind, die einen um weniger als die Brennweite von ihr entfernten Gegenstand vergrößert zeigen.

Und, daß höhere Leistungsfähigkeit zusammengesetzte Mikroskope besitzen, bei denen ein Linsensystem von sehr kurzer Brennweite (Objektiv), von dem wenig außerhalb derselben befindlichen Gegenstand ein reelles, stark vergrößertes Bild entwirft, das innerhalb der Brennweite eines zweiten Systems (Okular, Augenglas) zu liegen kommt und, durch dieses wie durch eine Lupe betrachtet, dem Auge abermals vergrößert als virtuelles, mit Bezug auf das erste Bild aufrechtes, mit Bezug auf den Gegenstand also verkehrtes Bild erscheint.

Außerdem erkennt die Leserschaft, daß der Abstand des Gegenstandes von dem Objektiv so geregelt wird, daß er dem Beobachter in der deutlichen Sehweite erscheint, wobei die Gesamtvergrößerung das Produkt der Vergrößerungen von Objektiv und Okular ist.

Aus der Chronologie zur Mikroskopie spricht ebenfalls, eine noch bessere Auflösung ermöglichen die Elektronenmikroskope, die seit den 1930er Jahren entwickelt wurden, da Elektronenstrahlen eine kleinere Wellenlänge haben als Licht, und die entwickelten Rasterkraftmikroskope sehr feine Nadeln haben, mit denen die Oberfläche der Objekte abgetastet wird, wodurch die Geheimnisse der Natur noch besser entschlüsselt werden können.

Die zusammengestellten Daten und Fakten zu den Mikroskopen und der Mikroskopie bringen für die abbildende und rasternde Mikroskopie dabei folgende Nachweise:

- Die klassischen Lichtmikroskope beruhen auf einem abbildenden Prinzip, nämlich, ähnlich

wie bei der Fotografie wird im Gerät durch eine Reihe von Linsen hindurch ein Bild erzeugt,

das in einem Stück gesehen oder aufgenommen wird. Verschiedene lichtmikroskopische

Verfahren und besonders Mikroskope, die auf anderen physikalischen Prinzipien beruhen,

setzen dagegen auf ein Abrastern (scanning) des Objektes, bei dem die einzelnen Bildpunkte

des vergrößerten Bildes Zeile für Zeile erzeugt werden. Hierzu zählen beispielsweise die

Laser-Scanning-Mikroskope, die Elektronenmikroskope sowie die Rasterkraftmikroskope.

- Die zeitgemäße Lichtmikroskopie schließt auch Mikroskope mit ein, welche mit nicht

sichtbarer elektromagnetischer Strahlung arbeiten, beispielsweise sind dies Instrumente, die

das Infrarotlicht oder die Röntgenstrahlen nutzen. Im Allgemeinen werden Lichtmikroskope

unterschieden nach ihrer Bauweise respektive ihrer Anwendung:

- Beim Auflichtmikroskop wird das Licht von der gleichen Seite eingestrahlt, von der auch

das Objekt beobachtet wird. Verwendung findet es bei undurchsichtigen Präparaten und in

der Fluoreszenzmikroskopie. In Abgrenzung wird die üblichere Anordnung, bei der das

Präparat durchstrahlt wird als Durchlichtmikroskop bezeichnet.

- Ein Stereomikroskop hat für beide Betrachteraugen komplett getrennte Strahlengänge, die

das Präparat aus verschiedenen Winkeln zeigen, so dass ein dreidimensionaler Eindruck

entsteht.

- Ein Strichmikroskop ist eine Ablesevorrichtung an einem Theodolit, einem geodätisches

Instrument zur Horizontal- und Höhenwinkelmessung in der Vermessungskunde.

- Das Operationsmikroskop wird von Ärzten im Operationssaal eingesetzt.
- Ein Trichinoskop wird bei der Fleischbeschau zum Nachweis von Fadenwürmer eingesetzt.
- Das Vibrationsmikroskop dient zur Untersuchung der Schwingung von Saiten bei Saiteninstrumenten.
- Messmikroskope haben eine Zusatzeinrichtung, die eine Vermessung des Präparats erlaubt.
- Lichtmikroskope nach dem physikalischen Prinzip unterteilt, ergibt folgende

Katalogisierung:

- Hellfeldmikroskop, das „normale“ Lichtmikroskop
- Dunkelfeldmikroskop
- Phasenkontrastmikroskop
- Polarisationsmikroskop
- Differentialinterferenzkontrast
- Interferenzreflexionsmikroskop, auch Reflexionskontrast-Mikroskop genannt
- Röntgenmikroskop
- Kathodolumineszenzmikroskop
- Ultramikroskop
- Fluoreszenzmikroskop
- Konfokalmikroskop bzw. konfokales Laserscanningmikroskop (CLSM - Confocal Laser Scanning Microscope)
- Multiphotonenmikroskop einschließlich Zwei-Photonen-Mikroskop
- TIRF-Mikroskop
- 4Pi-Mikroskop
- 3D-SIM-Mikroskop
- Stimulated Emission Depletion Microscope (STED)
- Photoactivated Localization Microscopy (PALM und STORM)
- Vertico-SMI-Mikroskop
- Elektronenmikroskope werden je nach Funktionsprinzip in die folgenden Arten unterteilt:
- Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM)
- Raster-Transmissionselektronenmikroskop (STEM)
- Energy Filtered Transmission Electron Microscopy (EFTEM)
- Rasterelektronenmikroskop (REM oder SEM - Scanning Electron Microscope)
- Sekundärelektronenmikroskop
- ESEM
- Feldemissionsmikroskop
- Von Rastersondenmikroskopen finden die folgenden Arten Verwendung:
- Rastertunnelmikroskop (STM - Scanning Tunneling Microscope; seltener RTM)
- Rasterkraftmikroskop (AFM - Atomic Force Microscope; seltener RKM)
- Optisches Rasternahfeldmikroskop (SNOM oder NSOM - Scanning Near-Field Optical Microscope)
- Akustisches Rasternahfeldmikroskop (SNAM oder NSAM - Scanning Near-Field Acoustic Microscope)
- Außerdem sind auch die nach sehr unterschiedlichen physikalischen Prinzipien arbeitenden

Mikroskope bekannt und im Einsatz, wie

- Ultraschallmikroskop oder akustisches Mikroskop
- Helium-Ionen-Mikroskop
- Focused-Ion-Beam-Mikroskop (FIB)
- Photonisches Kraftmikroskop
- Magnetresonanzmikroskop
- Raster-SQUID-Mikroskope
- Neutronenmikroskop

Die Perioden der Geschichte der Mikroskopie

Vorgeschichte des Mikroskops

Vorzeit Ältere Kulturen schaffen Glasherstellung, Verwendung von Bergkristall kommt auf, Steinschleifen wird möglicherweise auf Glas übertragen. Es steht

die These über Erfindung der Brille von Karl Richard Greeff (1862-1938):

„Die alten Ägypter, Juden, Griechen und Römer hatten, wie aus ihrer reichen Literatur hervorgeht, keine Kenntnisse von den Brechungsgesetzen, d. h. daß Lichtstrahlen an gekrümmten Flächen durchsichtiger Körper abgelenkt werden: es ist ihnen auch nicht gelungen, das rein Praktische aus solchen Gesetzen zu finden, nämlich durchsichtige, linsenförmige Körper als Vergrößerungs- oder Brillengläser zu benutzen. Zwar hat man bei Ausgrabungen zahlreiche runde Stücke aus Quarz oder Bergkristall gefunden, die auf einer Seite stark konvex geschliffen sind. Es ist aber ein großer Irrtum, anzunehmen, daß das Lupen gewesen seien, es sind nur Schmuck und Zierstücke, die in Leder eingefasst meist auf Gürteln befestigt waren oder als Knöpfe auf Gewändern dienten.“

Antike Zeitraum um 1100 v. u. Z. bis 476 u. Z: Kunst edles Gestein, Gläser zu schleifen kommt auf, optische Hilfsmittel fehlten, mikroskopische

Untersuchungen sind nicht überliefert.

vor 612 v. Z. Art plankonvexer Linsen aus Bergkristall in Ninive (zerstörte ehemalige Hauptstadt Neuassyriens im Zweistromland) vorhanden.

550 v. Z./100 Vorstellung zum Sehrvorgang sind festgehalten von: Pythagoras von Samos

(um 580 o. 570 bis nach 510 o. 496 v. u. Z.); Empedokles (um 494 bis um 434

bzw. um 425 v. u. Z.); Demokrit (auch Demokritos um 460 bis um 370 v. u.

Z.); Platon (Plato, 428 bis 427 v. u. Z. bis 348/347 v. u. Z.); Hipparchos von

Nicäa (um 190 bis um 120 v. u. Z.).

vor 520 v. Z. Griechen, Römer kannten Vergrößerungswirkung wassergefüllter Glaskugeln, so genannte Schusterkugeln, aber nicht ihre Ursache und Gesetzmäßigkeit.

um 500 v. Z. Römer und Griechen benutzten nach Aristophanes (um 445 bis nach 388 v. u.

Z.) Stück „Die Wolken“ (423 v. u. Z.) Linsen als Brenngläser, nicht als Lupen.

um 250 v. Z. Nach Chrysippos von Soli (Soloi, 281/276 v. u. Z. bis 208/204 v. u. Z.) soll bereits Archimedes (um 287 v. u. Z. bis 212 v. u. Z.) die Brechungsgesetze von Linsen untersucht und einen am Kopf befestigten Kristall zur Sehkorrektur getragen haben.

1. Jh. v. u. Z. Marcus Tillus Cicero (106-43 v. Z.); Cornelius Nepos (um 99 bis um 24 v. Z.);

vor 79 u. Z. Heinrich Schliemann (1822-1890) weist linsenförmige geschliffene nach.

um 140 u. Z. Claudius Ptolemäus (Claudius Ptolomaeus - um 100 bis um 175) untersucht

das Phänomen der Lichtbrechung, findet aber nicht das Brechungsgesetz.

1. Jh. u. Z. Gains Plinius d. Ä. (23-79) berichtete über Brenngläser.

2. Jh. u. Z. Suetonius (um 70-140) berichten vom Vorlesen der Sklaven für die Alten.

Die frühe Geschichte des Mikroskops bis 16. Jahrhundert

um 1000 Araber waren die ersten, die Wirkung von Linsen untersuchten und beschrieben. Alhazen (eigentlich Ibn Al Haitam, 965-1038) erwähnte im "Thesaurus Opticus“ (Schatz der Optik) so genannten Lesestein. Das Buch wurde bis 1572 gedruckt.

1267 Roger Bacon (1214-1292 o. 1294) beschriebt in seinem Werk „Opus Majus“ erstmals Sehhilfe, gedruckt wurde es 1273.

um 1300 In Italien wurden die ersten Augengläser (Brillen mit Sammellinsen) gefertigt.

1305 Italienischer Priester datiert die erste Brillenfertigung auf das Jahr 1285.

14./17. Jh. In der Renaissance entwickelte Franciscus Maurohlykus (1494-1575) nach neuere Vorstellungen zum Sehen über Alhazen hinaus.

16. u. 17. Jh. Mikroskope entwickeln sich aus Roh-Lupen. Das erste dargestellte stammt von seinen Entwicklern Zacharias und Hans Janssen. Weitere Pioniere dieser Zeit waren Antoni van Leeuwenhoek, Robert Hooke, Giuseppe Campani, Marcello Malpighi.

um 1520 Erstmals wurden Brillen mit Konkavlinsen für Kurzsichtige verwendet.

1538 Girolamo Fracastoro (1478-1533) vertrat in seinem Buch "Omocentrici"

die Ansicht, daß man Gegenstände größer und näher erkennen kann, wenn sie

durch zwei miteinander verbundene Gläser betrachtet werden.

Girolamo Fracastore (Fracastoro, 1478-1553) experimentierte mit Hohlgläsern (aufeinander gelegten Linsen), erzielt mit Linsenkombinationen (Brillen) bis zu

zweifacher Vergrößerung.

1558 Cavaliere Giambattista della Porta (1535 oder 1538, 1540-1615) beschreibt in seiner „Magna naturalis“ u. a. Versuche mit Linsen; die zur Entwicklung des Fernrohrs und der Camera Obscura führten; mittels Kombination Sammellinse

mit Lochblende gelingen erstmals Abbildungen transparenter Gegenstände, wie Zeichnungen, schafft Voraussetzung der Laterna magica, Sonnenmikroskope.

um 1590 Hans Martens (gest. 11.12.1592, identisch mit Hans Janssen, der oft als Vater von Zacharias J. bezeichnet wird) und Zacharias Janssen (um 1588 bis ca.

1632), zwei holländische Brillenmacher aus Middelbourg, erfanden angeblich das zusammengesetzte Mikroskop und das Teleskop. Dies behaupteten 1655

Pierre Borel (1620-1671, nach anderen Angaben 1628-1689) und Willem Boreel (1591-1668), was die meisten Historiker heute allerdings bezweifeln. Nachforschungen in diese Richtung lassen es eher unwahrscheinlich erscheinen, daß die Janssens das Mikroskop oder gar das Teleskop erfanden.

Für das Mikroskop läßt sich der Erfinder nicht mehr bestimmen, für das Teleskop gilt Hans Lippershey (Johann Lippershey o. Lipperhey)

(1570-1619) als Pionier.

1595 (1611) Hans Janssen, ein Brillenschleifer aus Middelburg, Holland, konstruierte und baute wahrscheinlich das erste Mikroskop. Sein Sohn Zacharias Janssen und

der Techniker Hans Lipperkey setzten den Bau solcher Instrumente fort. Das

dem Erzherzog Albert von Österreich (1817-1895) - (Sohn von Erzherzog Karl

von Österreich-Teschen, 1771-1847) geschenkte Exemplar untersuchte und

beschrieb der holländische Erfinder und Diplomat Cornelius Drebbel. Danach bestand es aus drei gegeneinander verschiebbaren Röhren mit einer Gesamtauszugslänge von fast 45 cm, welches je nach Auszugslänge drei- bis

neunfach vergrößerte.

Das 17. Jahrhundert

um 1600 Thomas Muffet (Moufet, Moffet 1553-1600) arbeitet mit zehn- bis zwanzigfacher Vergrößerung; (1634) Quelle: Insectorum sive minimorum animalium theatrum.

1608 Johannes Lipperhey auch Hans Lapperhey, Lippershey, Lapprey (1579-1619), präsentierte das zusammengesetzte Teleskop aus Konkav- und Konvexlinse und meldete es zum Patent an; später bekannt als holländische oder Galileisches Fernrohr.

1609 Galileo Galilei (1564-1642) entwickelte ein zusammengesetztes Mikroskop, welches aus einer konvexen und einer konkaven Linse bestand. Dieses, von ihm "Occhiolino" genannte Gerät, schenkte er 1612 dem polnischen König Sigismund III.

1610 Galileo Galilei benutzte sein Fernrohr als Mikroskop, indem er die Rohre länger auseinanderzog. Er verwendete als Okular eine Zerstreuungslinse, als Objektiv eine Sammellinse.

1611 Johannes Keppler (1571-1630) konstruierte das astronomische Fernrohr, das

zwei Sammellinsen enthält.

1618 Willibrord Snell van Royen (auch Snellius genannt, 1581-1626) findet und beschrieb das Brechungsgesetz.

1619 Cornelius Drebbel (1572-1633) stellte ein zusammengesetztes Mikroskop mit zwei konvexen Linsen vor. Erfinderehre soll Johannes Kepler (1610) gebühren.

um 1622 Drebbel präsentierte seine Erfindung in Rom, manche Historiker sehen ihn als Inventor des Mikroskopes.

1624/1625 Galileo Galilei (1564-1642) baute ebenfalls ein zusammengesetztes Mikroskop im Stile Drebbels, rühmte sich aber nicht dessen Erfindung, sondern verwies auf einem gewissen Jacob Meticus (Metzius, Metius zitiert). Eines erhielt der Fürst Federico Cesi (1585-1630), der 1603 die Academia Lincei gegründete. Da erhielt das Fernrohr den Namen Telescopium und benannte wahrscheinlich

auch Galilei´s Instrument Microscopium.

1625 Francesco Stelluti (1577-1651), Mitglied der Academia da Lincei, fertigte erste

mikroskopische Zeichnungen an und veröffentlichte diese gedruckt mit dem

ausdrücklichen Vermerk "microscopio observabat".

Johannes Faber von Bamberg (1574-1629) führte den Begriff "Mikroskop" (aus dem griechischen, mikros = klein und skopein = sehen) in Analogie zu dem Begriff "Teleskop" ein (aus dem griechischen, tele = entfernt).

Francisco Stelluti (1577-1633) und Prinz Federico Cesi (1585-1630) veröffentlichten in ihrem Buch „Apiarum“ erste mikroskopische Abbildungen; erstmals erscheint gedruckt das Wort Mikroskop zwar (auf dem Titelblatt).

1631 Isaac Beeckmann skizzierte Drebbelsche Mikroskop, ist älteste Darstellung.

1637 René Descartes (Renatus Cartesius, 1596-1650) machte in seiner „Dioptrique“ Snellius´ Brechungsgesetz bekannt, veröffentlichte Baupläne eines einfachen Mikroskops, das aus einer Linse (Lupe), raffinierten Spiegelanordnung, komplizierten Beleuchtungsapparat bestand, welches eine Auflichtbetrachtung ermöglichte. Cartenius Spiegelanordnung geriet in Vergessenheit; sie wurde 101 Jahre später 1738 vom Arzt und Mikroskopiker Johann Nathanael Lieberkühn (1711-1756) erneut eingeführt und trägt seitdem seinen Namen.

1645 Antonius Maria Schryl De Rheita (1597-1660) prägte die Begriffe "Objektiv" und "Okular" und publizierte in "Oculus Enoch et Aliae sive Radius Siderio

Mysticus" die erste Beschreibung eines binokularen Mikroskops

um 1645 Athanasius Kircher (1602-1680) gilt als frühester barocker Mikroskopiker; in seiner "Ars magna lucis et umbrae" (1646) wird ein Holzschnitt seines "smicrocopium" dargestellt. Kircher war der einzige, der diesen Begriff benutzte. Das s steht vielleicht für sub oder simple... Dieses Instrument wurde auch "Vitra muscaria" oder Flohglas genannt. Es handelte sich um ein ca. fünf

Zentimeter langes Röhrchen, in dessen Boden eine winzige Glaskugel als Linse eingefügt war. Das Objekt wurde nun auf dieser Linse befestigt und im

Durchlicht betrachtet.

[...]