Elektronenmikroskope vs. optische (Licht) Mikroskope

Elektronen-vs. Lichtmikroskope: Grundlegende Unterschiede

Es gibt nicht viele Dinge, die diese beiden Mikroskoptypen gemeinsam haben. Sowohl Elektronen- als auch Lichtmikroskope sind technische Geräte, die zur Visualisierung von Strukturen dienen, die zu klein sind, um mit bloßem Auge gesehen zu werden, und beide Typen haben relevante Anwendungsgebiete in der Biologie und den Materialwissenschaften. Und das ist so ziemlich alles. Die Methode zur Visualisierung der Strukturen ist sehr unterschiedlich. Elektronenmikroskope verwenden Elektronen und nicht Photonen (Lichtstrahlen) zur Visualisierung. Das erste Elektronenmikroskop wurde 1931 gebaut, im Vergleich zu optischen Mikroskopen sind sie eine sehr junge Erfindung.

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Elektronenmikroskope haben bestimmte Vorteile gegenüber optischen Mikroskopen:

• Auflösung: Der größte Vorteil ist, dass sie eine höhere Auflösung haben und daher auch eine höhere Vergrößerung (bis zu 2 Millionen Mal) ermöglichen. Lichtmikroskope können eine nützliche Vergrößerung nur bis zu 1000-2000 mal zeigen. Dies ist eine physikalische Grenze, die durch die Wellenlänge des Lichts auferlegt wird. Elektronenmikroskope ermöglichen daher die Visualisierung von Strukturen, die normalerweise durch optische Mikroskopie nicht sichtbar wären.
• Oberflächenstruktur: Je nach Art des Elektronenmikroskops ist es möglich, die dreidimensionale Außenform eines Objekts zu betrachten (Rasterelektronenmikroskop, REM).
• Schärfentiefe: In der Rasterelektronenmikroskopie (REM) haben Elektronenmikroskope aufgrund der Beschaffenheit von Elektronen eine größere Schärfentiefe als Lichtmikroskope. Die höhere Auflösung kann dem menschlichen Auge auch den subjektiven Eindruck einer höheren Schärfentiefe vermitteln.

Elektronenmikroskope haben auch eine Reihe von Nachteilen:

• Kosten: Sie sind extrem teuer. Die Wartungskosten sind hoch.
• Vorbereitung: Die Probenvorbereitung ist oft viel aufwendiger. Es ist oft notwendig, die Probe mit einer sehr dünnen Metallschicht (z. B. Gold) zu beschichten. Das Metall kann die Elektronen reflektieren.
• Nur tote Proben: Die Probe muss vollständig trocken sein. Dies macht es unmöglich, lebende Exemplare zu beobachten. Die Energie des Elektronenstrahls ist sehr hoch. Die Probe ist daher einer hohen Strahlung ausgesetzt und kann daher nicht leben.
• Keine Bewegung: Es ist nicht möglich, sich bewegende Proben zu beobachten (sie sind tot).
• Schwarz/Weiß: Es ist nicht möglich, Farbe zu beobachten. Elektronen besitzen keine Farbe. Das Bild ist nur schwarz/weiß. Manchmal wird das Bild künstlich eingefärbt, um einen besseren visuellen Eindruck zu vermitteln.
• Schulung: Sie erfordern mehr Schulung und Erfahrung bei der Identifizierung von Artefakten, die möglicherweise während des Probenvorbereitungsprozesses eingeführt wurden.
• Platzbedarf: Der Platzbedarf ist hoch. Möglicherweise benötigen sie einen ganzen Raum.

Wann sollte man optische (Licht-) Mikroskope verwenden?

Ein großer Vorteil von Lichtmikroskopen ist die Fähigkeit, lebende Zellen zu beobachten. Es ist möglich, ein breites Spektrum biologischer Aktivitäten wie Nahrungsaufnahme, Zellteilung und Bewegung zu beobachten. Zusätzlich ist es möglich, In-vivo-Färbetechniken zu verwenden, um die Aufnahme von Farbpigmenten durch die Zellen zu beobachten. Diese Prozesse können mit Elektronenmikroskopen nicht in Echtzeit beobachtet werden, da die Probe fixiert und vollständig dehydriert werden muss (und daher tot ist). Die niedrigen kosten von optischen mikroskopen machen sie nützlich in einer vielzahl von verschiedenen bereichen, wie bildung, die medizinische sektor oder für bastler. Im Allgemeinen haben optische und Elektronenmikroskope unterschiedliche Anwendungsbereiche und ergänzen sich gegenseitig.

Verschiedene Arten von Elektronenmikroskopen

Es gibt zwei verschiedene Arten von Elektronenmikroskopen, Rasterelektronenmikroskope (REM) und Transmissionselektronenmikroskope (TEM). Bei der TEM-Methode wird ein Elektronenstrahl durch einen extrem dünnen Schnitt der Probe geleitet. Sie erhalten einen zweidimensionalen Querschnitt der Probe. SEMs hingegen visualisieren die Oberflächenstruktur der Probe und liefern einen 3D-Eindruck. Das obige Bild wurde von einem SEM erstellt.

Verschiedene Arten von Lichtmikroskopen

Die beiden häufigsten Arten von Mikroskopen sind Verbundmikroskope und Stereomikroskope (Seziermikroskope). Stereomikroskope werden häufig verwendet, um größere, undurchsichtige Proben zu beobachten. Sie vergrößern im Allgemeinen nicht so stark wie zusammengesetzte Mikroskope (maximal 40x-70x), geben aber eine wirklich stereoskopische Ansicht. Dies liegt daran, dass das Bild, das an jedes Auge geliefert wird, etwas anders ist. Stereomikroskope erfordern nicht unbedingt eine aufwendige Probenvorbereitung.

Zusammengesetzte Mikroskope vergrößern bis zu 1000x. Die Probe muss dünn und hell genug sein, damit das Mikroskoplicht hindurchtreten kann. Die Probe wird auf einem Objektträger montiert. Zusammengesetzte Mikroskope sind nicht in der Lage, eine 3D-Ansicht (stereoskopisch) zu erzeugen, selbst wenn sie zwei Okulare besitzen. Dies liegt daran, dass jedes Auge das gleiche Bild vom Objektiv erhält. Der Lichtstrahl wird einfach in zwei Teile geteilt.