Vorstoß in neue Mikrodimensionen
Die Wellenlänge des Lichts begrenzt die Möglichkeiten der optischen Vergrößerung. Wenn die Objekte kleiner sind als ein halber Mikrometer, können sie mit einem herkömmlichen Lichtmikroskop nicht mehr abgebildet werden. Mit diesem kann man zwar die meisten Bakterien noch gerade eben erkennen, doch die deutlich kleineren Viren zum Beispiel nicht mehr. Um diese sichtbar zu machen, werden andere physikalische Einheiten benötigt.Ernst Ruska und Max Knoll setzten auf Elektronen. 1931 entwickelten sie an der Technischen Hochschule Berlin-Charlottenburg das erste Transmissionselektronenmikroskop (TEM). Damit gelang es ihnen, bis dahin unbekannte Mikrodimensionen für das menschliche Auge zu erschließen. Als Erste konnten sie die Kristallstruktur einer dünnen Metallfolie abbilden und betrachten.
Teilchen statt Licht
In der Lichtmikroskopie werden die Lichtwellen passiv aufgefangen und durch Linsen aufgefächert. Aus diesem optischen Effekt ergibt sich die Vergrößerung. Ganz anders funktioniert es beim TEM, das eine Elektronenquelle verwendet: Die Elektronen werden aktiv beschleunigt und als fokussierter Strahl auf das zu beobachtende Objekt gelenkt. Es kommt zu einer Interaktion der Teilchen mit dem beobachteten Objekt. Durch die Auswertung ihrer Bahnen nach dem Kontakt entstehen die Mikroskopbilder. Da die Wellenlänge der winzigen Teilchen im Bereich von wenigen Picometern liegt, kann die Elektronenmikroskopie Strukturen im Nanometer-Bereich differenziert darstellen.Beim TEM werden die Strahlelektronen ausgewertet, die das Objekt durchdrungen haben. Das funktioniert jedoch nur bei sehr dünnen Schichten; die Proben müssen oft aufwendig vorbereitet werden. Das ist beim Rasterelektronenmikroskop (REM) überflüssig. Sein Elektronenstrahl kann auch dreidimensionale Objekte rasterförmig abtasten. Ein Teil der Strahlelektronen wird reflektiert, weitere Elektronen werden aus dem Objekt herausgelöst. Das Gerät „fängt“ diese Teilchen auf und erstellt daraus das Bild. So entstehen zum Beispiel die Bilder von Kleinstlebewesen, die in der enormen Vergrößerung oft an Fantasy-Monster erinnern.
Die Bildgebung funktioniert beim TEM wie beim REM aber nur, wenn die Elektronen auf ihrer Bahn zum und vom Objekt nicht abgelenkt werden. Es dürfen also keine Luftmoleküle im Weg sein. Im Inneren der Elektronenmikroskope herrscht daher immer ein Hochvakuum, das von einer geeigneten Vakuumpumpe hergestellt wird. Hierfür bietet die Busch Group verschiedene Lösungen.