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Ein Mikroskop ist ein Gerät, das es Menschen ermöglicht, Proben im Detail zu betrachten, die für das bloße Auge zu klein sind, um gesehen zu werden. Dies erreichen sie durch Vergrößerung und Auflösung. Vergrößerung ist, wie viele Male das Objekt innerhalb des Betrachtungslinses vergrößert wird. Auflösung ist, wie detailliert das Objekt erscheint, wenn es betrachtet wird. Mikroskope sind besonders nützlich in der Biologie, wo viele Biologen Organismen untersuchen, die zu klein sind, um ohne Hilfe gesehen zu werden. Sie können Stereomikroskope, Rastermikroskope, Konfokalmikroskope, Elektronenmikroskope oder eines der spezialisierten Mikroskope innerhalb jeder Kategorie verwenden. Die beobachtete Probe bestimmt das benötigte Mikroskop.
Das Stereoskop, auch als Dissektionsmikroskop und Stereomikroskop bezeichnet, ist ein lichtbeleuchtetes Mikroskop, das eine dreidimensionale Ansicht einer Probe ermöglicht. Dies erreicht es, indem es zwei Okulare in verschiedenen Winkeln verwendet, die eigentlich nur ein Paar Rastermikroskope sind. Das Bild der Probe ist auch seitlich und aufrecht. Allerdings haben Stereoskope eine geringere Leistung im Vergleich zu Rastermikroskopen. Bilder werden nur bis etwa 100-fach vergrößert. Stereoskope ermöglichen es Studenten und Wissenschaftlern, Proben während der Beobachtung zu manipulieren.
Wie Stereoskope werden Rastermikroskope durch Licht beleuchtet. Sie geben eine zweidimensionale Ansicht einer beobachteten Probe, können jedoch Vergrößerungen zwischen 40-fach und 400-fach haben, mit leistungsstärkeren Versionen bis zu 2000-fach. Obwohl die Vergrößerung hoch sein kann, ist die Auflösung durch die Wellenlänge des Lichts begrenzt. Rastermikroskope können keine Details betrachten, die weniger als 200 Nanometer voneinander entfernt sind. Dennoch finden sich Rastermikroskope in vielen Biologie-Klassenzimmern und Forschungslaboren.
Konfokalmikroskope sind ebenfalls Lichtmikroskope, haben jedoch die Vorteile sowohl von Stereoskopen als auch von Rastermikroskopen. Konfokalmikroskope ermöglichen hohe Vergrößerungen von Proben mit dreidimensionalen Bildern. Sie haben auch höhere Auflösungen, die in der Lage sind, Details bis zu 120 Nanometern auseinander zu unterscheiden. Die häufigste Art von Konfokalmikroskop ist das Fluoreszenzmikroskop. Dieses Mikroskop verwendet intensives Licht, um die Moleküle einer Probe zu erregen. Diese Moleküle geben Licht ab oder Fluoreszenz, die beobachtet wird, was höhere Vergrößerung und Auflösung ermöglicht.
Das erste Elektronenmikroskop war ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM), das 1931 in Deutschland von Max Knoll und Ernst Ruska erfunden wurde. Es wurde als eine Möglichkeit geschaffen, Objekte mehr zu vergrößern, als Lichtmikroskope fähig waren. Wenn Lichtmikroskope bestenfalls bis zu 1000-fach oder 2000-fach vergrößern können, dann konnte das Elektronenmikroskop Objekte im Bereich von 10.000-fach vergrößern. Ein TEM funktioniert, indem es einen Strahl von Elektronen mit einzelner Energie fokussiert, der stark genug ist, um eine sehr dünne Probe zu durchdringen. Die resultierenden Bilder werden dann durch Elektrondifraktion oder direkte Elektronenabbildung betrachtet.
Es gibt Unstimmigkeiten darüber, wie das REM erfunden wurde, aber es wurde Anfang der 1930er Jahre geschaffen. Es war jedoch erst 1965, als die Cambridge Instrument Company das erste REM vermarktete. Dies war auf die Komplexität der Scantechnologie des REM zurückzuführen, die komplizierter zu nutzen war als das TEM. Das REM funktioniert, indem es die Oberfläche einer Probe mit einem Elektronenstrahl scannt. Dieser Strahl erzeugt verschiedene Signale, Sekundärelektronen, Röntgenstrahlen, Photonen und andere, die alle helfen, die Probe zu charakterisieren. Die Signale werden auf einem Bildschirm angezeigt, der die Materialeigenschaften der Probe abbildet.
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