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Mikroskopie: Wie fängt man an und mit was?

Von / 10. Januar 2018 / 12 Kommentare / Seite 3 von 3 / Auf einer Seite lesen
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Wie man digitale Bilder macht

Ich halte es für sehr wichtig, dass man durch ein Mikroskop durchschaut. Es ist ein Erlebnis und man kann an einer Probe für Stunden sitzen und faszinierende Dinge entdecken. Das ist wirklich etwas anderes als ein Bild auf einem Display zu betrachten. Ich habe etwas länger für dieses Physiker-untypische Denken gebraucht und möchte jedem noch einmal den Artikel Die Frage nach der Wissenschaft, der Kommunikation und dem ganzen Rest ans Herz legen.

Aber irgendwann möchte man Bilder machen. Um seine Entdeckungen zu teilen, um ein großes Bild zusammen zu setzen oder um vielleicht sogar Daten aus den Bildern zu ziehen – es gibt so viele schöne Möglichkeiten, wenn man erstmal ein paar Digitalbilder gemacht hat. Ich würde dafür zwei preisgünstige Methoden empfehlen wollen: Zum Einen die Kamera vom Smartphone und zum Anderen eine Okularkamera.

links: mit dem Smartphone Bilder machen; mitte: Aufsatz für Smartphone; rechts: Okularkamera. Klick für vollständige Größe.

links: mit dem Smartphone Bilder machen; mitte: Aufsatz für Smartphone; rechts: Okularkamera. Klick für vollständige Größe.

Bilder aus der Hand am Okular mit dem Smartphone zu machen bedarf ein wenig Übung, aber nach kurzer Zeit kommt man recht gut klar. Das müsst ihr mir nicht allein glauben, ihr könnt auch Florian Karsten (@messfehler auf Twitter) fragen, der hat im Bild oben, links das Handmodel gegeben. Von der Firma BRESSER gibt es einen Smartphone-Aufsatz (Bild oben, Mitte), leider nur passend für das 10x Okular von BRESSER. So etwas selbst zu bauen sollte aber eigentlich kein Problem darstellen. Für Teleskope gibt es Universal-Smartphone-Halterungen. Wie gut die sind, kann ich leider nicht sagen, weil ich die noch nicht ausprobiert habe – sieht aber auf den Bildern etwas wackelig aus. Zu guter Letzt gibt es Okularkameras. Anstatt des Okulars wird die Kamera direkt in den Tubus des Mikroskops gesteckt. Die passen so gut wie in alle Mikroskope, da die Tuben meistens einen Innendurchmesser von 23,2mm haben. Für eine solche Kamera der Firma BRESSER habe ich hier eine Rezension geschrieben. Es gibt aber noch andere Hersteller/Vertreiber. Solche Kameras werden entweder als Webcam erkannt oder kommen mit einem directShow Treiber. In jedem Fall kann man sie mit der freien Software micro-manager ansteuern (in micro-manager dazu unter “Camera” openCVgrabber auswählen).

Es gibt sicher noch andere Methoden, wenn man zum Beispiel eine alte Digitalkamera rumliegen hat, könnte man etwas basteln. Ich habe damit allerdings noch keine Erfahrungen gesammelt und habe mit den oben genannten Möglichkeiten bisher so gute Bilder gemacht, dass ich mich damit auch noch nicht beschäftigt habe.

Bonusrunde: Das Sichtfeld

Im Vortrag spreche ich auch das Sichtfeld oder Field of view (FOV) eines Mikroskops an. Das hilft einem nicht unbedingt bei der Kaufentscheidung weiter, aber man versteht ein wenig besser woher teilweise recht hohe Preisunterschiede bei den Mikroskopen herrühren. Aber Vorsicht: Nur weil etwas teurer ist, heißt das noch lange nicht, dass hier das Sichtfeld viel größer ist. Bevor es gleich mit den Warnungen und den Empfehlungen weiter geht, habe ich hier noch das Video zum Sichtfeld aus dem Vortrag eingebunden. Es steht unter CC BY Lizenz und kann gerne weiter verwendet werden.

Was man NICHT kaufen sollte

Ich rate von den folgenden Dingen ab, weil ich sie entweder selbst getestet habe, oder weil man anhand der Parameter bereits ablesen kann, dass das etwas ist, dass keine Freude bereitet.

Ansteckmikroskope für das Smartphone

Einfach weil man nicht vier Hände hat. Gleichzeitig das Smartphone ruhig zu halten, ohne zu wackeln an kleinen Knöpfchen am Ansteckmikroskop drehen und die Probe ruhig und im Bereich der Schärfentiefe zu halten ist ein spaßbefreites Geduldsspiel. Ich hab ein paar dieser Dinger getestet und nie ein Bild erhalten, das ich herzeigen wollen würde.

Sonstige (USB-)Mikroskope “die man einfach in der Hand hält”

Ich warne ausdrücklich vor “endoskopischen Mikroskopen” oder anderen Dingen, die digitale Bilder liefern während man sie “einfach” in der Hand hält. Niemand hat eine so ruhige Hand. Die Idee ist wirklich verlockend – in der Praxis funzt das aber leider nicht.

Mikroskope mit eingebauter Kamera (und Display)

Geräte bei denen man überhaupt nicht mit dem Auge durchschauen kann sollte man auf keinen Fall kaufen, es sei denn sie sind günstiger als 20€. Aber selbst wenn man durchschauen kann, und im Gerät eine Kamera und evtl. ein Display verbaut sind, muss man eigentlich immer damit rechnen, dass sowohl Kamera als auch Display keine gute Qualität liefern werden. Ich habe mir ein paar dieser “Kombigeräte” angesehen, und kein einziges vor der Nase gehabt, bei dem ich sagen würde, dass die produzierten Bilder OK sind. Abgesehen davon: Man sollte sich nicht ohne Not ein Gerät zulegen, bei dem man keine Chance hat eine bessere Kamera zu nehmen. Und “die bessere Kamera” ist oft einfach die bereits im eigenen Smartphone eingebaute.

Was ich empfehlen würde

Ich gebe nur sehr ungern eine Empfehlung, denn jeder Mensch hat andere Vorstellungen von der Mikroskopie, davon was sie oder er damit anstellen will und sehr unterschiedliche finanzielle Rahmen. Ich gebe hier trotzdem ein paar Empfehlungen, weil ich immer wieder gefragt wurde und weil ich glaube, dass ich einen Ansatz gefunden habe, bei dem ich ruhig schlafen kann: Ich richte mich danach was jemand ausgeben will.

Weniger als 20€

Ein billiges USB-Mikroskop. Nicht die Art in Stiftform oder “Endoskop”. Meistens liegt eine Art einfacher Fuß oder Stativ bei. Bitte, nehmt die für unter 20€. Steuert sie mit micro-manager an, einer freien Software basierend auf ImageJ (in micro-manager dazu unter “Camera” openCVgrabber auswählen). Ich habe darüber bereits ausführlicher geschrieben, im Artikel Mikroskope – Dos & Don’ts beim Kauf, der sich vor allem mit den günstigen USB-Mikroskopen beschäftigt.

Weniger als 80€

Ein Schülermikroskop zwischen 65€ und 80€. Ich selbst habe den KOSMOS Experimentierkasten selbst getestet, aber es gibt sicher andere Mikroskope von anderen Herstellern in dieser Preisklasse. Lest Rezensionen und seid kritisch. USB-Mikroskope in dieser Preisklasse machen meiner Erfahrung nach keinen Sinn. Digitale Bilder kann man bei dieser Variante mit seinem Smartphone am Okular machen.

Weniger als 200€

Entweder: Ein Schülermikroskop zwischen 120€ und 140€, auf keinen Fall eines das eine eingebaute Kamera oder ein Display hat. Ich habe eines von BRESSER getestet, aber es gibt sicher andere Mikroskope von anderen Herstellern in dieser Preisklasse. Bitte Rezensionen lesen. Wenn dann noch Platz im Budget ist, kann man sich für ca. 60€ eine Okularkamera leisten. So eine habe ich auch schon von der Firma BRESSER getestet, aber es gibt die auch von anderen Herstellern. Mehr als 60€ sollte man hier allerdings nicht ausgeben. Ansteuern kann man die Kamera mit micro-manager, einer freien Software basierend auf ImageJ (in micro-manager dazu unter “Camera” openCVgrabber auswählen).

Oder: Sucht nach alten und gebrauchten Mikroskopen auf Flohmärkten, ebay oder wo man soetwas sonst noch finden könnte, und haltet euch an euer Budget von unter 200€ ;-). Auf die meisten Mikroskope passen auch Okularkameras, aber auch mit einem Smartphone kann man schöne, relativ reproduzierbare Bilder machen.

Bis zu 500€

Genau das tun was unter “Weniger als 80€” steht, ausprobieren, spielen und erste Bilder machen – Erfahrung sammeln und feststellen wovon man am ehesten “mehr” braucht. Vielleicht ist es Arbeitsabstand, vielleicht Vergrößerung, vielleicht Usability. Dann entweder mit dem restlichen Budget gebraucht kaufen (ebay etc.) oder mal zu einem Laden fahren und sich beraten lassen. Viele Teleskop-Shops haben auch eine Mikroskopabteilung. Von den meisten online-Shops für Mikroskope kann ich nur abraten, besonders von denen die keine Niederlassung irgendwo haben. Wenn es eine Niederlassung gibt einfach mal anrufen und ein Gespräch suchen – und dabei kritisch bleiben. Viele der online-shop Betreiber, die hier anscheinend auch oft lesen und regelmäßig versuchen in den Kommentaren zu spammen möchte ich an dieser Stelle ganz herzliche grüßen: Hallo ihr Flachzangen!

Bis zu 1500€

Genau das tun was unter “weniger als 200€” steht – und dann bitte oben bei “Bis zu 500€” nach dem ersten Komma weiterlesen.

Bis zu 10k€

Siehe “Bis zu 1500€” oder sie kontaktieren mich unter andre.lampe{ät]fu-berlin.de und wir quatschen mal.

Geld spielt keine Rolle

Wundervoll. Man kann mich auch für Vorträge oder eine Beratung buchen. Ansonsten das tun, was bei “Bis zu 10k€” steht.

Herzlichen Dank für eure Aufmerksamkeit.

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Kommentare (12)

  1. #1 Markus
    10. Januar 2018

    Interessanter Beitrag. Ich hätte da noch ein paar Fragen:

    a) wieso kommt man bis 0,1µm? Grünes Licht ist zB bei 550nm, das wäre dann ja Faktor 5 besser als die Wellenlänge. ich dachte immer, man kommt nur etwa bis zur Wellenlänge.

    b) Wenn der scharfe Bereich so klein ist, ist der dann nicht schwer zu treffen? Ich hatte mal ein Discounter USB-Mikroskop (30€), bei dem war die Höhenverstellung des Tisches nicht so toll. Da Du das Thema nicht ansprichst, gehe ich mal davon aus, dass die getesteten Mikroskope diesbezüglich unkritisch waren?

    c) Wegen der geringen Tiefenschärfe wäre doch sicherlich auch Fokusbracketing interessant? Oder sind die Proben so dünn, dass das keine Rolle spielt?

    d) Das Allerwichtigste: Was schaut man sich denn auf Dauer so an? Bei den Makrofotografen scheinen Insekten sehr beliebt zu sein, das finde ich jetzt weniger spannend.

    • #2 André Lampe
      11. Januar 2018

      Hallo Markus,
      freut mich! Die Fragen beantworte ich gerne:
      a) Man kann sagen das es ungefähr bis zur halben Wellenlänge des Lichts geht. Das hab ich im Artikel Ernst Abbe war ein faszinierender Mensch genauer erklärt. Aber Auflösung hat nicht unbedingt etwas mit der Pixelgröße zu tun. Nur weil man keine Details ausmachen kann, die kleiner als 0,25µm sind, muss man nicht deswegen das Pixelraster in dieser Größe wählen. Ich habe in der Hochauflösungsmikroskopie gearbeitet, an einer Methode die SD-dSTORM heißt. Dort haben wir Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 655nm abgebildet in einem Setup, in dem die Pixel eine Größe von 0,1µm hatten, um nacher mit den beugungsbegrenzten “Flecken” ein bisschen Mathe zu machen. Wenn man zu so hohen Vergrößerungen geht, egal ob es jetzt mit dieser Technik ist oder mit etwas anderem, dann will man das letzte kleine Detail, dass man noch sehen kann, vielleicht in mehr als einem Pixel abbilden. Vielleicht um damit rumzurechnen oder damit es schöner aussieht. Es war eher als Richtwert gemeint à la “viel kleine Pixelgrößen machen keinen Sinn”.

      b) Man braucht schon etwas Fingerspitzengefühl beim Scharfstellen und etwas Übung, aber alle erwähnten Mikroskope sind da sehr komfortabel. Beim USB-Mikroskop an einem Halter ohne Schraube zum verstellen kann es schon etwas fummelig werden, das stimmt. Wenn es eine Mechanik gibt, die schlecht verarbeitet ist, wie du es beschreibst, dann kann ich mir vorstellen, dass das frustrierend ist.

      c) Ja, das stimmt, man kann mehrere Bilder machen an unterschiedlichen Schärfepunkten und die dann “stapeln”. Das Problem: Hohe Vergrößerung heißt immer geringer Arbeitsabstand und die Objektive sind schon recht breit, verglichen mit dem teilweise kleinen Arbeitsabstand von weniger als 1mm. Da bekommt man dann nur mit hohem technischen Mehraufwand Licht von vorne drauf, also muss man die Probe dünner präparieren damit man Licht durchschicken kann. Aber auch dabei könnte man das “stapeln” benutzen. Nur ist es gerade so, dass man bei hohen Vergrößerungen keine Alltagserfahrung hat wie das Objekt eigentlich aussieht, und bei so einer Bildmanipulation könnte man (ohne böse Absicht) etwas produzieren, dass so aussieht wie man meint das es aussieht und nicht wie es tatsächlich aussieht. Aber die Möglichkeit besteht. Ich habe es nicht erwähnt, weil dass für einen Anfänger schon eine ordentliche Hürde sein kann.

      d) Neben den vielen Präparaten die man zB online kaufen kann, gibt es auch tolle Anleitungen wie man selbst Präparate herstellt, meistens aus der Biologie. Auf dem 34c3 hat mir ein sehr netter Mensch ein Buch gezeigt (sorry, hab deinen Namen vergessen, sorry!), das beschreibt wie man im frühen 20. Jahrhundert chemische Prozesse unter dem Mikroskop angeschaut hat, weil man noch nicht so tolle Dinge wie Massenspektrometer oder ähnliches hatte. Aber Grundsätzlich kann man alles Mögliche drunter legen. Gewürze, Staub, Dreck, Klettverschluss, Asche, Elektronik – ich hab da eine kleine Serie zu: Dinge unter’m Mikroskop.

      Hab ich im Kern die Fragen beantwortet, oder habe ich einen Aspekt vergessen?

      Liebe Grüße, André

  2. #3 rolak
    10. Januar 2018

    Im Hintergrund läuft grad [!Autostart!] ne Doku über alle möglichen Besiedeler des menschlichen Körpers und prompt kam das übliche ~”hier in xfacher Vergrößerung” – – das generiert jetzt nurmehr ein leichtes Grinsen als sichtbare Auswirkung des in Gedanken inszenierten, aufspringenden, gestikulierenden “Dat sachisch dem André!“

    • #4 André Lampe
      10. Januar 2018

      da könnt ich mich echt aufregen – manno 🙂

  3. #5 Markus
    11. Januar 2018

    (Anscheinend kann Ich hier nicht direkt Antworten – dies ist also meine Antwort auf #2.)

    Hallo André,
    vielen Dank für die ausführliche Antwort.

    a) Mir gings dabei um zwei Sachen:
    1. Wieviel besser ist ein Mikroskop im Vergleich zu meinem Fotoapparat? Man kann recht günstig mit einem Retroadapter (20€) ein Weitwinkelobjektiv verkehrt herum montieren und bekommt dann so etwa eine 4fache Vergrößerung. Bei 4µm Pixelgröße kann man also etwa 1µm auf 1 Pixel abbilden. Wenn man mit einem Mikroskop auf die halbe Wellenlänge kommt und berücksichtigt, dass das Objektiv ja auch nicht perfekt ist, dann ist da also noch etwa Faktor 5-10 an Auflösung drin. Das würde sich lohnen.
    2. Du hast bei Deinem Größenvergleich auch Bilder von Blütenpollen drin. Das hat mich fasziniert. Die Bilder sind zwar wahrscheinlich mit einem REM gemacht, aber wenn man große Pollen (100µm) hat und man 0,1µm Auflösung hätte, dann wären das ja trotzdem 1000 Pixel. Auch wenn man mit der Auflösung “nur” bis 250µm kommt, dann wären das trotzdem noch tolle Bilder (falls man man mit einem normalen Lichtmikroskop überhaupt vergleichbare Bilder machen kann).

    c) Interessantes Problem. Ich hatte das Problem eher darin gesehen, dass man eine motorisierte Höhenverstellung braucht, damit die Schrittweite konstant bleibt. Wobei ich noch gar nicht weiß, ob ich in die “unbekannte Welt” absteigen will.

    d) Ich wollte abschätzen, wie oft ich ein Mikroskop benutzen würde. Werde ich es ein Wochenende intensiv benutzen und alles drunter halten was mir in den Sinn kommt und danach landet es im Regal und wird nie wieder angefasst? Oder ist es eher so wie bei der Fotografie, die mich seit über 15 Jahren begeistert. Meinen Fotoapparat benutze ich immer noch regelmäßig. Deswegen die Frage nach der Anwendung. Deine “Dinge unter’m Mikroskop”-Serie kenne ich schon, aber da sieht man halt auch, dass Du da 2016 keinen Artikel hattest und 2017 nur zwei. Das ist schon ein starkes Indiz für die Regalthese.

    Gruß
    Markus

    • #6 André Lampe
      11. Januar 2018

      Hallo Markus, bitte gerne!

      a)1: Ich würde schätzen, dass du mit einem Umgedrehten Foto-Objektiv längst nicht so eine Hohe Auflösung (nicht Vergrößerung) hast. Wie man die Auflösung berechnet ist auch von der nummerischen Apartur des Objektivs abhängig, wobei die Formel von Abbe sich immer nur auf Mikroskope bezieht (NA vom Objektiv, NA vom Kondensor). Daher würde ich schätzen, dass du mit einem Mikroskop noch deutlich mehr Details ausmachen kannst. Aber das ist nur eine Schätzung. Vielleicht wäre mal ein direkter Vergleich hier im Blog spannend, mal sehen.
      a)2: Ja, richtig, das waren Elektronenmikroskop-Bilder. Ich hab noch nie versucht Pollen zu mikroskopiren – klingt nach einem lohnenden Versuch.

      c) Auch das mit dem konstanten Abstand ist ein Problem, stimmt – es gibt dabei so einiges an Schwierigkeiten. 🙂

      d) Kurz zu den Zeit: Ich hab 2016 sehr viel Zeit mit dem Schreiben meiner Doktorarbeit verbracht und im Bereich 2016/2017 auch zum ersten mal richtig Reflektiert was ich denn jetzt genau tue, wenn ich über Mikroskope schreibe und nicht mehr jeden Tag im Labor stehe. Man könnte sagen, ich habe das Hobby gerade erst richtig begonnen – nimm mich da also nicht als Maßstab bitte. Was die Regalthese an geht: Bevor du selbst kaufst, könntest du auch mal schauen ob es irgendwo bei dir in der Nähe einen Verein oder eine Gesellschaft für Mikroskopie gibt. Oft sind die an Unis oder auch an Lehr-Krankenhäusern und die haben eigentlich immer auch eigene Mikroskope, so dass man selbst erstmal kein Gerät braucht. Das würde einem die Chance geben ein bisschen zu spielen ohne direkt was zu kaufen. Aber grundsätzlich würde ich sagen: Ein Mikroskop benutzt man eher zu Hause und drinnen, eine Kamera nimmt man oft mit – ich glaube da hat man schon eine Möglichkeit einzuschätzen wie hoch das Regal-Potential ist 😉

      Danke für deine ausführlichen Kommentare, ich freue mich immer über einen Austausch!

  4. #7 Markus
    11. Januar 2018

    zu #6:

    Hallo André,
    a)1: Mir ist schon klar, dass Auflösung und Anzahl Pixel zweierlei sind, aber ich wüsste jetzt nicht, wie ich das sinnvoll messen könnte. Anhand realer Motive ist das schwer zu beurteilen und ich wüßte jetzt nicht, wo man zB einen Siemensstern oder ein Auflösungstestchart in der Auflösung (bezahlbar) herbekommt.

    c) Makroobjektive (nicht in Retrostellung) haben ja gerne einen Motor(auto)fokus, den man vom PC aus steuern kann. Damit ist gleichmäßiger Abstand kein Problem, aber dabei komm ich nur auf einen Abbildungsmaßstab von 1:1 (dafür gibts dann aber Testberichte mit Auflösungswerten).

    d) Die Gegend hier ist recht ländlich. Ich habe noch nie von irgendwas mikroskopartigem hier in der Gegend gehört. Die nächste Uni ist mit dem Auto >1h entfernt. Wahrscheinlich werde ich noch etwas googlen müssen, bevor ich mich entscheide.

    Gruß
    Markus

  5. #8 hmann
    14. Januar 2018

    Markus,
    die hohe Vergrößerung verspricht keinen Sinnengenuss.
    Kaufe Dir ein Auflichtmikroskop. Du glaubst gar nicht, was man bei 30x Vergrößerung alles entdecken kann.

  6. #9 Markus
    17. Januar 2018

    Hallo hmann,

    ja, ich denke auch, dass ich eher der “Auflichttyp” bin. 30fache Vergrößerung ist etwa das, was man mit dem Fotoapparat und einem Weitwinkelobjektiv in Retrostellung hinbekommt. Das habe ich vor 10 Jahren gemacht und deswegen weiß ich etwa, was mich da erwartet.

    Bei 30x ist der Sichtbereich etwa 4mm (jedenfalls bei dem Bresser Junior Mikroskop), da entspricht ein Bild noch sehr den Alltagserfahrungen. Deswegen will ich schon gerne stärker vergrößern.

  7. #10 rolak
    18. Januar 2018

    Heute wurden wieder einmal die Erinnerungen an den Talk ‘nach vorne geholt’: im aktuellen ArbeitspausenBuch von Becky Chambers, “Der lange Weg zu einem kleinen zornigen Planeten”, kam

    Wieso wird diese Debatte immer noch geführt, obwohl die Beweise so offensichtlich sind?
    Die Antwort muss natürlich lauten, dass biologische Gesetzmäßigkeiten kaum überprüft werden können, und Wissenschaftlern ist so etwas zuwider.

    Kontext wirrd nicht verrraten!

    • #11 André Lampe
      18. Januar 2018

      Kontext wirrd nicht verrraten!

      Warum…? Das klingt so spannend!

  8. #12 rolak
    19. Januar 2018

    Warum…?

    Unbezahlte KöderWerbung ;·)
    Nee, ob das Buch letztendlich so gut beurteilt wird, wie sein Eindruck es bisher nahelegt, kann bei erst⅓-½gelesen noch nicht abgeschätzt werden, doch der erste Teil stellte sich recht unterhaltsam und frei von abschreckend grotesken Fehlern dar.
    Und außerdem mußte das Filmzitat mal wieder gebracht werden, von dem ich nicht sicher bin, ob es überhaupt eines aus DGD ist, auch wenn es sich noch so ‘da gehört’ anfühlt.

    Es ging speziell um die Prognostik Umweltbedingung(Planet) ⇒ Phänotypen(Lebewesen), die teils jahrtausendelangen Untersuchungen dazu und warum die nichts geklärt haben; konvergente Evolution im Allgemeinen und Seitenhiebe auf die bis in die ferne Zukunft überlebt habenden VTartigen NichterklärungsModelle von Panspermie bis SaatZivilisation.