Ich habe bereits hier erklärt was ein Durchlichtmikroskop ist. Noch einmal kurz zusammengefasst: Licht geht durch eine Probe, dann durch Linsen und schließlich ins Auge. Und das ist auch ein Problem, wenn die Probe “zu durchsichtig” ist (siehe “ins Auge gehen”). Gerade bei Zellen aus Menschen oder Tieren muss noch etwas getan werden, damit man überhaupt etwas sieht: Anfärben. Aber mit einigen Mikroskopietechniken kann das Hantieren mit Farbstoffen vermieden werden.
Das Dunkelfeldmikroskop hat mich immer schon fasziniert. Hier wird das Licht einer Lampe so geleitet, das zwar die Probe getroffen wird, aber nicht das Objektiv mit dem man beobachtet. Die bereits erwähnten, kleinen Zellen aus einem Menschen absorbieren kaum etwas von diesem Licht, lenken es aber durch Brechung und Streuung ab. Das führt dazu, dass man beim Dunkelfeldmikroskop einen schwarzen Hintergrund sieht und die Zellen (oder was immer man auch betrachtet) hell leuchten – ganz ohne Farbstoff. Ein besonderer Nebeneffekt ist dabei, dass man auch Teilchen sehen kann, die deutlich kleiner sind als die Wellenlänge des Lichts, weil eben auch sie Streuung verursachen. Das führte zur Entwicklung einer weiteren Mikroskop-Art, des Ultramikroskops. Es war dazu gedacht Partikel wie Rauch oder Nebeltröpfchen zu untersuchen, die deutlich kleiner waren als alles was man unter einem normalen Mikroskop erkennen konnte.
Eine etwas trickreichere Variante des Durchlichtmikroskops ist das Phasenkontrastmikroskop. Damit kann man sich das Einfärben von kleinen Zellen ebenfalls sparen. Es wird ausgenutzt, dass fast durchsichtig erscheinende Zellen einen anderen Brechungsindex besitzen als die Flüssigkeit drumherum. Ein unterschiedlicher Brechungsindex bedeutet immer auch, dass sich Licht mit einer klein wenig anderen Geschwindigkeit ausbreitet. Mit dem Ergebnis, dass bei einer kleinen Zelle die Wellenberge und -täler des Lichts etwas nach hinten gerückt werden, verglichen mit den Lichtwellen die nicht durch eine Zellen laufen. Diesen Phasenunterschied sorgt dann dafür, dass eine Dunkle Stelle im Bild entsteht. Man nennt das destruktive Interferenz (Wellenberg + Wellental an gleicher Stelle = dunkel).
Das Dunkelfeldmikroskop und das Phasenkontrastmikroskop nutzen ganz ähnliche Effekte. Im Dunkelfeld-Fall wird ausgenutzt, dass die Richtung des Lichts sich durch Brechung und Streuung ändern kann. Im Phasenkontrast-Fall wird die Phasenverschiebung des Lichts beim Durchlaufen der Zelle benutzt, und nicht die Richtungsänderung.
Ein Cent für meine Zellen
Im Labor benutze ich ein Phasenkontrastmikroskop in der Zellkultur. Dort will ich einen Blick darauf werfen, wie dicht meine Zellen auf den kleinen Deckgläschen gewachsen sind, quasi um zu entscheiden ob ich aus diesen Deckgläschen vielversprechende Proben für meine Arbeit am Hochauflösungsmikroskop machen kann. Ich habe davon Bilder für diesen Blogpost gemacht und darauf geachtet, dass ich immer eine Ein-Cent-Münze im Bild habe, damit man ein Gefühl für die Größenverhältnisse bekommt. Es sind unbehandelte Zellen zu sehen, die ich später, für andere Experimente, benutzt habe*. Daher befindet sich das Deckgläschen in einer Salzlösung, damit die Zellen, die darauf gewachsen sind, nicht austrocknen.
Über der Ein-Cent-Münze kann man erkennen, dass dort wo das Wort “CENT” steht, auch der Rand des Gläschens verläuft. (Bild: CC-BY 4.0 André Lampe)
Auf dem ersten Bild sind noch keine Zellen auf dem Glas zu erkennen. Kein Wunder, wenn man schon etwas mit dem bloßen Auge sehen könnte, wäre das ja eine schlechte Probe für Mikroskopietechniken, die Zellen sichtbar machen sollten, die für ein Durchlichtmikroskop sogar angefärbt werden müssten, um sichtbar zu sein. Für das nächste Bild habe ich die Münze unter den Probenhalter geklebt. Sie erscheint daher immer ein wenig unscharf, da sie nicht in der selben Ebene liegt wie die Zellen auf dem Deckgläschen. Aber man kann den Verlauf der Rundung des Geldstücks erahnen, und ungefähr abschätzen wie groß die Zellen sind.
Bild aus einem Phasenkontrastmikroskop. Links der Umriss der Ein-Cent-Münze. Die schwachen, hellen Punkte am Rand des Münz-Schattens sind die Zellen, die größeren, dunklen Flecken sind lediglich Staubkörnchen irgendwo auf einer Linse. (Bild: CC-BY 4.0 André Lampe)
orcid.org/0000-0003-0750-4757
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