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Lexikon der Biologie: Nahfeldmikroskopie

Nahfeldmikroskopie w, Raster-Nahfeld-Lichtmikroskopie (Scanning Nearfield Optical Microscopy, Abk. SNOM), kombiniert elektronisch-lichtmikroskopisches Abbildungsverfahren, mit dem das im normalen Lichtmikroskop maximal erreichbare Auflösungsvermögen von etwa 250 nm (1 nm = 10–9 m) theoretisch um mehr als das Zehnfache gesteigert werden kann. Unter den Bedingungen der normalen Lichtmikroskopie (simultan erzeugte, vergrößerte Abbildung eines komplexen und insgesamt durchstrahlten oder im Auflicht beleuchteten Objekts) wird das Auflösungsvermögen durch die wirksame Objektiv-Öffnungsweite (Apertur) und ihr Verhältnis zur Wellenlänge λ (Welle) des benutzten Lichts bestimmt und ist auf etwa λ/2 begrenzt (Mikroskop). Beide Parameter lassen sich aus physikalischen Gründen nicht über diesen Grenzwert hinaus verändern. – In der Nahfeldmikroskopie benutzt man eine punktförmige Lichtquelle von wenigen nm Durchmesser, die bis auf 5 nm an die Objektebene herangeführt wird und nur entsprechend kleine Objektausschnitte beleuchtet. Mit dieser Punktlichtquelle wird das Objekt abgerastert und Punkt für Punkt – je nach Lichtdurchlässigkeit oder Reflexionsgrad der einzelnen Objektpartien – in eine Folge von Lichtsignalen zerlegt. Mit einem herkömmlichen Mikroskopobjektiv werden diese Lichtsignale auf einen Photonendetektor (Photomultiplier: hochempfindliche Photodiode, in der bereits 1 Licht-Quant einen Elektronenschauer auslöst) fokussiert. Ist der Dunkelstrom, d.h. die Rate spontaner Elektronenemissionen, in der Diode gering, so erhält man kontrastreiche Folgen von objektabhängigen Hell/Dunkel-Signalen, die auf einem Monitor wieder zu einem Bild zusammengesetzt werden (sukzessive Bildentstehung). Die benutzten Objektive erzeugen also keine Abbildung, sondern bewirken nur eine möglichst hohe Lichtdichte am Photonendetektor. Auf diese Weise spielen wellenoptische Beugungserscheinungen (Beugung) und Linsenfehler (Abbildungsfehler) keine Rolle bei der Abbildungsentstehung. Das Auflösungsvermögen wird allein durch die Größe der Lichtquelle und die exakte Einhaltung eines gleichmäßig geringen Abstands von wenigen nm zwischen Lichtquelle und Objekt bestimmt. Zur Objektabrasterung wird dieses unter der Lichtquelle hin- und herbewegt, und die exakte Abstandsregelung erfolgt ähnlich wie beim Raster-Tunnelelektronenmikroskop mit Hilfe piezoelektrischer Stellelemente. Als Lichtquelle dient eine außen metallbedampfte Glasfaser, die am Ende zu einer feinen Spitze von wenigen nm ausgezogen ist und dort ein Lichtaustrittsfenster von etwa 30 nm Durchmesser besitzt ( vgl. Infobox ). Durch dieses wird ein leistungsfähiger Laserstrahl (Laser) auf das Objekt geleitet (bisher erreichtes Auflösungsvermögen mit Beleuchtungstechnik 50–100 nm). Nach Lösung der derzeit noch bestehenden technischen Schwierigkeiten könnte die Nahfeldmikroskopie in der Biologie wertvolle Einblicke in die molekularen Vorgänge der lebenden Zelle ermöglichen, zumal sie sich mit den gängigen lichtmikroskopischen Verfahren Durchlicht und Auflicht (Auflichtmikroskopie), Dunkelfeld (Dunkelfeldmikroskopie), Polarisation (Polarisationsmikroskopie) und Fluoreszenz (Fluoreszenzmikroskopie) zwanglos kombinieren ließe. Rastersondenmikroskopie.

P.E.

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