Lichtmikroskopie. 30. April 2015

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1 Lichtmikroskopie 30. April

2 Gliederung Einführung in die klassische Lichtmikroskopie mechanischer und optischer Aufbau Anwendungsbereiche der Polarisationsmikroskopie Einführung in die Polarisationsmikroskopie im Auf- und Durchlicht Mechanischer und optischer Aufbau Ausblick auf weitere Mikroskopietechniken 2

3 Anwendungsbereiche der Lichtmikroskopie Beobachten von kleinen Objekten, welche sich sehr dicht vor dem Mikroskop befinden zentraler Unterschied zu Fernrohren (grosser Objektabstand), auch zu üblichen Lupen (grösserer Objektabstand / Brennweite) vielfältige Anwendungsbereiche in der Medizin, Biotechnologie, Biologie, Materialcharakterisierung, Beobachtung magnetischer Bakterien (Zweck dieser Magnetisierung: Orientierung mittels des Erdmagnetfeldes) Optical magnetic imaging of living cells D. Le Sage et al, Nature (2013) 3

4 Funktionsweise des Lichtmikroskops Objektiv = dem Gegenstand (dem Objekt) zugewandte Linse f ob Okular = dem Auge (dem Oculus) zugewandte Linse f ok allgemein: je dichter sich G an F 1 ranbewegt, umso grösser wird B und B! B auf dem Schirm beobachtbar (falls Lichtintensität ausreichend!) Objektiv entwirft ein Zwischenbild, welches mit dem Okular betrachtet wird, Okular wirkt hierbei wie eine Lupe Abstand t der beiden Brennpunkte heißt Tubuslänge 4

5 Wichtige Kenngrössen unter der Vergrößerung des Objektivs wird üblicherweise dessen Abbildungsmaßstab verstanden Abbildungsmaßstab t f Ob s f o Ok s o Bezugssehweite s mm divergenter Strahl kann mit dem Auge betrachtet werden 5

6 Aufbau eines einfachsten Lichtmikroskops

7 Bedeutung der Objektbeleuchtung selbstleuchtende Objekte sind selten manche Objekte können durch externe Stimulation (z.b. über Laser einer ausgewählten Wellenlänge) zur Fluoreszenzemission angeregt werden alle nichtleuchtenden Objekte müssen möglichst homogen beleuchtet werden zumindest halbwegs transparente Objekte: Durchlichtmikroskopie undurchsichtige Objekte: Auflichtmikroskopie moderne Mikroskope besitzen deshalb typischerweise auch ein aufwändiges Beleuchtungssystem! 7

8 Polarisationsmikroskopie für Durch- und Auflicht Die Doppelbrechung von Proben und davon abhängige Größen (Größe und Orientierung von Kristalliten, Kornkrenzen, ) kann mittels Polarisationsmikroskopie untersucht werden (unterschiedliche Drehung der Polarisationsebene des Lichtes je nach Einfallswinkel auf anisotrope Objektbereiche) 8

9 Optischer Aufbau des Mikroskops Zweck des Kondensors: homogene Beleuchtung des Objektes, dabei darf die Lichtquelle (z.b. Glühdraht) nicht in die Objektebene abgebildet werden! Zweck der Feldlinse: im einfachsten Fall soll sie nur eine Bildumkehr bewirken, d.h. ein reelles Bild erzeugen Reduktion der Divergenz des Lichtbündels

10 Optischer Aufbau des Mikroskops kurzbrennweitiges Objektiv; starke Vergrösserung (z.b. 50 fach) unterschiedlicher optischer Aufbau für die Betrachtung mittels Auge oder mittels Kamera (Vergrösserung des Okulars: z.b. 10fach) 10

11 Mikroskope mit größerem Arbeitsabstand Mikroskop mit grösserem Arbeitsabstand; d.h. einige cm geeignet zum Benutzen von Temperiereinheiten für die Temperierung von Proben grössere Brennweite des Objektivs nötig geht häufig auf Kosten der Vergrösserung

12 Verwandte Instrumente Instrumente, welche mit sichtbarem Licht betrieben werden: Stereolupe: deutlich grösserer Arbeitsabstand, aber geringere Vergrösserung Fluoreszenzmikroskop: Beobachtung einzelner fluoreszierender Moleküle (häufig Biomoleküle) mittels Lichtmikroskopie; Nobelpreis für Chemie 2014! Instrumente, welche nicht mit sichtbarem Licht betrieben werden: andere Wechselwirkungsmechanismen zwischen benutzen Wellen und betrachtetem Objekt Elektronenmikroskope (TEM, SEM) Ultraschallmikroskope Röntgenmikroskope 12