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Lexikon der Biologie: Rastermikroskop

Rastermikroskop s, Scanning-Mikroskop, Mikroskop-Typ (Mikroskop), bei dem die Objektabbildung nicht als unmittelbar betrachtbares Simultanbild durch ein Linsensystem erzeugt wird, sondern bei dem das Präparat je nach Darstellungsweise von einem möglichst feinen Elektronenstrahl (Elektron), Lichtstrahl (Licht), eine wenige nm dicke Elektrodenspitze oder durch auf die Objektoberfläche fokussierte Ultraschallimpulse (Ultraschall) zeilenweise abgetastet und so in eine zeitliche Folge von verschieden starken Einzelsignalen (Sekundärelektronen, Lichtreflexe, Echos) aufgerastert wird. Über einen Energiewandler und einen elektronischen Verstärker werden die Bildsignale dann auf einem Fernsehmonitor wieder zu einem Zeilenbild zusammengesetzt. Der hohe technische Aufwand für die elektronische Signalverarbeitung bietet generell gegenüber Linsensystemen eine Reihe von Vorteilen: Sonst unumgängliche linsenbedingte Abbildungsfehler (z.B. Aberration) werden vermieden. Durch die Zerlegung des Bildes in Einzelsignale lassen sich Bildhelligkeit und Kontrast ohne zusätzliche Objektbelastung beliebig modulieren sowie Bilder digitalisieren und speichern (bildgebende Verfahren), und die Vergrößerung, die sich aus dem Verhältnis des Bildschirms zum abgerasterten Objektfeld ergibt, läßt sich in vergleichsweise weiten Grenzen frei wählen. In der biologischen Forschung hat vor allem das Rasterelektronenmikroskop (REM) oder Scanning-Elektronenmikroskop (SEM) für die hochauflösende räumliche Abbildung von Oberflächenstrukturen größte Bedeutung erlangt. Die bei genügend dünnen Objekten, etwa Ultradünnschnitten (mikroskopische Präparationstechniken), mögliche Raster-Transmissionselektronenmikroskopie (STEM) nutzt die nach dem Durchdringen der Probe gestreuten Sekundärelektronen zur Bildgewinnung. Die STEM-Mikroskopie reduziert die Strahlenbelastung und ermöglicht sowohl die Strukturaufklärung als auch eine Massen- und Elementaranalyse der Probe (z.B. eines Proteins). Eine Weiterentwicklung des REM, das Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM), gestattet die Analyse von feuchten oder öligen Proben, so daß die üblichen Präparationsschritte der klassischen Rasterelektronenmikroskopie entfallen. Zur Rastermikroskopie neueren Typs zählen die in der Zellbiologie und Medizin häufig benutzte, aber auch in der technischen Werkstoffprüfung eingesetzte Laser-Scan-Mikroskopie (konfokale Laser-Scan-Mikroskopie, CLSM), bei der die an der Objektoberfläche reflektierten Anteile eines Laserstrahls (Laser) nach ihrer Verstärkung durch einen Photomultiplier zur Bildaufzeichnung mit einem Auflösungsvermögen von etwa 0,25 μm benutzt werden, und das jüngst entwickelte Ultraschallmikrokop oder Akustomikroskop (SAM, Scanning-Acousto-Microscope), das bei einer Grenzauflösung von 0,7 μm die Möglichkeit bietet, unter der Oberfläche undurchsichtiger Objekte verborgene Strukturen bis zu einer Eindringtiefe von mehreren μm sichtbar zu machen. Für biologische Anwendungen von zunehmendem Interesse sind die verschiedenen Varianten der Rastersondenmikroskopie (SPM). Neben dem Raster-Tunnelelektronenmikroskop (RTM) haben sich vor allem Raster-Kraftmikroskope (Atomic-Force-Microscope, AFM) zu nützlichen Werkzeugen entwickelt, die für die Strukturanalyse biologischer Moleküle eingesetzt werden. Neben der hohen Auflösung von Oberflächenstrukturen im Nanometer Bereich bietet die Raster-Kraftmikroskopie die Möglichkeit, Konformationsänderungen beim Zusammenbau (Assemblierung) biologischer Komplexe unter nativen Bedingungen zu verfolgen.

P.E./H.Z.

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