Das Unsichtbare sichtbar machen

In den 1670er-Jahren schliff der niederländische Tuchhändler Antonie van Leeuwenhoek winzige Glaslinsen und betrachtete damit Teichwasser, Beläge von Zähnen und Regenwasser. Er sah lebende „Tierchen“, von deren Existenz niemand gewusst hatte. Seine Einlinsenmikroskope vergrößerten ungefähr 270-mal. Ein modernes Schulmikroskop kann 1.000-fach vergrößern, aber es gibt einen Haken: Eine stärkere Vergrößerung bedeutet nicht dasselbe wie ein klareres Bild.

Vergrößerung macht das Bild größer. Auflösung ist der kleinste Abstand zwischen zwei Punkten, die du noch als zwei Punkte sehen kannst. Wenn die Auflösung schlecht ist, führt stärkeres Vergrößern nur zu einem größeren verschwommenen Bild. Das nennt man leere Vergrößerung.

Bei einem Lichtmikroskop wird die Auflösung durch die Wellenlänge des Lichts begrenzt. Der Abbe-Grenzwert besagt, dass die kleinste noch auflösbare Entfernung ungefähr

d = λ ÷ (2 × NA)

beträgt. Dabei ist λ die Wellenlänge des Lichts und NA die numerische Apertur der Linse, eine Zahl dafür, wie viel Licht die Linse sammelt. Nimm grünes Licht mit λ ≈ 550 nm und eine sehr gute Linse mit NA ≈ 1,4: d ≈ 550 ÷ 2,8 ≈ 200 nm.

Ein Bakterium von etwa 2.000 nm ist also zehnmal größer als der Grenzwert und wird deutlich sichtbar. Ein Influenzavirus von etwa 100 nm ist kleiner als der Grenzwert. Ein Lichtmikroskop kann es nur als schwachen verschwommenen Fleck zeigen, wenn überhaupt.

Elektronenmikroskope verwenden anstelle von Licht einen Balken aus Elektronen. Schnelle Elektronen verhalten sich wie Wellen mit viel kürzeren Wellenlängen als sichtbares Licht. Deshalb können sie Details von etwa einem Nanometer oder in den besten Geräten sogar noch feinere Details auflösen. Das erste Elektronenmikroskop wurde Anfang der 1930er-Jahre gebaut. 1939 veröffentlichten Forschende in Deutschland Elektronenmikroskopbilder des Tabakmosaikvirus – einige der ersten Bilder eines Viruspartikels. (Viren waren seit den 1890er-Jahren als „filtrierbare Erreger“ bekannt, weil sie durch Filter hindurchgingen, die Bakterien zurückhielten. Bis dahin hatte niemand eines gesehen.)