Am 12. Mai machten wir, der Biologie Leistungskurs der Q1 von Dr. Tech, uns auf den Weg nach München, ins Zentrum „Neue Technologien“. Da das Thema „Elektronenmikroskop und andere Bild gebende Verfahren“ ohnehin im Lehrplan steht, entschied sich Herr Tech dazu, uns das am besten „life“ vorzuführen. Da Elektronenmikroskope sehr teuer und aufwändig sind, kann man diese nur in großen Universitäten oder Instituten zu Gesicht bekommen; im Unterricht hätten wir das Thema also nur theoretisch behandeln können. Hier bekamen wir jedoch eine sehr spannende Einführung am Gerät selbst. In einem Elektronenmikroskop werden anstelle von Licht Elektronen zur Abbildung verwendet.

Wie vielfältig das Fach Biologie tatsächlich ist, wurde uns erst jetzt bewusst, als wir uns mit den physikalischen Grundlagen vertraut machen mussten. Wir kannten zwar die plastisch erscheinenden Abbildungen aus dem Biobuch, hatten uns aber bisher keine Gedanken darüber gemacht, wie diese eigentlich zustande kamen. Wir starteten also mit dem Welle-Teilchen- Dualismus des elektromagnetischen Spektrums, wobei die Wellennatur folgendermaßen definiert ist:

(λ = Wellenlänge, h = Plank’sches Wirkungsquantum, M = Masse des Teilchens, v = Geschwindigkeit des Teilchens)

Aufgrund dieser Gleichung ist es leicht ersichtlich, dass eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Elektronen zu einer kürzeren Wellenlänge führt und somit auch zu einer höheren Auflösung. Letzteres wird auch in dieser Gleichung deutlich:

(d = Auflösungsvermögen, λ = Wellenlänge, n sin α = numerische Apertur (NA))

Je kleiner der Wert der Wert von d wird, umso feinere Strukturen können aufgelöst werden. Da Elektronen wesentlich kürzere Wellenlängen besitzen als sichtbares Licht, können sie auch wesentlich kleinere Strukturen auflösen. Die ursprünglich erhaltenen Bilder sind schwarz-weiß, da Elektronen anstatt von Licht zur Abbildung verwendet werden.

Zuerst muss jedoch erst einmal ein Elektronenstrahl erzeugt werden. Hierfür verwendet man eine Haarnadelkathode (z.B. aus Wolfram), die im glühenden Zustand Elektronen erzeugt, welche durch einen sogenannten Wehnelt-Zylinder gebündelt und in Richtung Anode auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Da allerdings die Anwesenheit reaktiver Gase (Luftsauerstoff) zu Wechselwirkungen mit dem aufgeheizten Elektronenemitter führen und der Wolframfaden infolge dessen durchbrennen würde, wird im EM ein Vakuum benötigt. Nun muss der Elektronenstrahl noch gelenkt und gebündelt werden. Dies erfolgt mit Hilfe inhomogener magnetsicher Felder (Linsen). Die meisten Proben müssen elektrisch leitend gemacht werden, indem sie beispielsweise mit Gold bedampft werden. Die Rasterelektronenmikroskope verfügen über einen ca. 30 bis 500 000fachen Vergrößerungsbereich und besitzen ein Auflösungsvermögen zwischen 2 und 6 nm. Besonders geeignet ist diese Art von Elektronenmikroskop, um die Oberfläche eines Gegenstandes plastisch und dreidimensional abzubilden.

Nach der Einweisung erhielten wir noch eine Führung durch weitere Ausstellungsstücke des Zentrums der Bio-, Gen- und Nanotechnologie. Besonders beeindruckend war dabei der Einblick von der Idee, über die Forschung bis hin zur industriellen Anwendung, wie z.B. die massenhafte Herstellung des für Diabetiker lebenswichtigen Insulins durch gentechnisch veränderte Bakterien, die mit Hilfe eines „eingebauten“ menschlichen Gens ein dringend benötigtes Medikament herstellen können uvm. Es ist leicht nachvollziehbar, dass wir nach zwei Tagen „Input“ und gedanklichen Ausflügen in die Physik, Biochemie, Neurobiologie und Genetik ziemlich erschlagen waren; dafür waren die Tage aber auch Wissenschaft zum Anfassen.

(von Nick Decius)