Labormikroskop

So verschieden die Proben sein können, die in einem Labor untersucht und ausgewertet werden, so unterschiedlich sind auch die Anforderungen an ein Labormikroskop. Für viele Laboranwendungen werden immer noch sehr häufig rein optische Mikroskope eingesetzt. Dies gilt vor allem, wenn die mit dem Labormikroskop entdeckten Auffälligkeiten, unerwünschte Bestandteile oder die Anzahl bestimmter Teilchen lediglich in Formularen erfasst werden und keine Kopie des vergrößerten Bildes benötigt wird. Zum Beispiel werden bei Trinkwasseruntersuchungen die Legionellen unter einem Labormikroskop nicht nur qualitativ, sondern auch quantitativ erfasst.

Auch in bei vielen medizinischen oder Werkstoffuntersuchungen genügt die optische Untersuchung ohne Speicherung und Weiterleitung der Bilddaten. Der Trend geht aber bei vielen Aufgaben dahin, ein Labormikroskop mit digitaler Ausstattung einzusetzen. Ein Labormikroskop, das die Vergrößerung auf einem Bildschirm anzeigen kann, ist nicht nur in Bezug auf die Körperhaltung und die Beanspruchung der Augen des Bedieners vorteilhaft. Die digitalen Bilddaten können auch sehr viel einfacher gespeichert, bearbeitet und versendet werden. In den folgenden Abschnitten wird kurz auf einige Unterschiede bei den digitalen Modellen eingegangen.

Fester oder flexibler Arbeitsbereich bei einem digitalen Labormikroskop
In der Regel verfügt ein Labormikroskop über einen festen, eng begrenzten Arbeitsbereich. In diesen Bereich muss das Objekt eingebracht und dort so ausgerichtet werden, dass die relevanten Details erfasst werden können. Objekte, die sich wegen ihrer Größe oder aus anderen Gründen nicht in den Arbeitsbereich von Mikroskopen mit Standfuß bringen lassen, können mit mobilen digitalen Auflichtmikroskopen untersucht werden. Bei diesen beweglichen Varianten kann unterschieden werden in Geräte die über einen eigenen Monitor verfügen und Modelle, bei denen das vergrößerte Bild auf einem Computer oder Laptop dargestellt wird. Während die ersteren völlig frei positioniert werden können, ist bei den anderen die Aufstell- und Anschlussmöglichkeit für den PC oder Laptop zu berücksichtigen. Beide Typen eignen sich für Laboruntersuchungen an der Oberfläche von Proben, die nicht zerkleinert werden können oder sollen. So können beispielsweise Bruchstellen großer Bauteile, wertvolle Gemälde oder beliebige andere Objekte in einem Zuge mikroskopisch untersucht werden.

Beleuchtung am digitalen Labormikroskop
Die Art und Anordnung der Beleuchtung hat entscheidenden Einfluss auf die Erkennbarkeit des vergrößerten Bildes. Nur über die Lichtstrahlen, die ins Objektiv gelangen, wird im Mikroskop ein Abbild des Objektes erzeugt. Je nach Transparenz, Farb- und Helligkeitsunterschieden der zu betrachtenden Probe verwendet man verschiedene Arten der Durchlicht- oder Auflichtmikroskopie. Durch Kontrastunterlagen, spezielle Filter und Blenden, Lichtlenkung oder das Zuschalten von UV-Licht lassen sich Details sichtbar machen, die sonst nicht erkennbar wären.

3D-Bilder vom Labormikroskop
Damit die vergrößerten Objekte dreidimensional wahrgenommen werden können, müssen zwei versetzt zueinander angeordnete Objektive Bilder liefern, die zu einem Bild überlagert werden. In Abhängigkeit davon, wie diese Überlagerung erfolgt, kann für die Betrachtung der räumlichen Bilder ein spezieller Bildschirm und die Nutzung einer 3D-Brille erforderlich sein. Ein digitales Labormikroskop mit 3D-Funktion bietet meist einen vergleichsweise großen Arbeitsbereich. Dadurch wird es möglich, filigrane Arbeiten direkt unter dem Mikroskop durchzuführen und diese stetig am Bildschirm zu überwachen.

Vergrößerung und Bildauflösung beim digitalen Labormikroskop
Beim digitalen Labormikroskop wird die nutzbare Vergrößerung nicht nur von Kameralinse, zusätzlichen Objektiven und dem Tubus bestimmt, sondern auch vom Bildsensor der Kamera und der möglichen Auflösung des verwendeten Monitors. Eine höhere Vergrößerung bietet bei geringer Pixelzahl für die digitalen Bilder keine zusätzlichen Details, sondern nur die Vergrößerung der Bildpunkte. Da sich durch Vergrößerung der dargestellte Bereich der Probe entsprechend verkleinert, ist es wichtig, vorab zu klären, welche Vergrößerung für die vorgesehenen Aufgaben sinnvoll ist. Zudem sollte klar definiert werden, wie detailliert die Abbildungen sein müssen. Einige Hersteller geben in den technischen Daten an, welche Pixelgröße das Labormikroskop mit dem eingebauten Kamerachip erfassen kann, oder wie viele Linienpaare pro Millimeter unterscheidbar sind.

Schnittstellen am digitalen Labormikroskop
Zu den üblichen Schnittstellen für ein digitales Labormikroskop gehört die USB-Schnittstelle zur Datenübertragung. Bei einigen Modellen wird auch ein Anschluss für einen zusätzlichen separaten Monitor über eine AV-, DVI-, VGA oder HDMI-Schnittstelle angeboten. Gerätemodelle, die ohne PC oder Laptop genutzt werden, können außerdem mit Anschlüssen für Bedienelemente wie Computermaus und Fußschalter ausgestattet sein. Einige dieser Geräte haben auch einen Netzwerkanschluss über den die Bilder anderen die Zugriff auf das Netzwerk haben, direkt zur Verfügung gestellt werden können.

Software mit Sonderfunktionen wie Messen im Bild
Oft gehört zu einem digitalen Labormikroskop eine spezielle Software, die die Bedienung des Mikroskops erleichtert und das Speichern und Übertragen der Bilddaten. Zu den besonderen Funktionen gehört zum Beispiel das Einfügen von Markierungen und Erklärungen in Bilder und Videos, das Messen von Längen auf dem Bildschirm. Bei einigen Geräten ist es möglich zusätzlich ein anderes Bild als Vorlage einzublenden, um Details einfacher vergleichen und auswerten zu können.

Immer mehr spezialisierte Forschungseinrichtungen sind mit einem besonderen Labor Mikroskop ausgestattet, mit dem auch kleinste Strukturen erkannt und bewertet werden können. Forscher der Universitäten Gießen und Bielefeld haben im Februar 2021 beispielsweise mit ihrem Labor Mikroskop, das mit Heliumionen arbeitet, die nur ca. 100 Nanometer großen Coronaviren an mit SARS-CoV-2 infizierten Nierenzellen eines Affen sichtbar gemacht. Anders als bei einem Rasterelektronenmikroskop, bei dem Elektronen die Oberfläche abtasten, muss die Probe für dieses Labor Mikroskop nicht mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen werden. Das Heliumionen-Mikroskop erlaubt im Gegensatz zu sonst eingesetzten Verfahren einen direkten Blick auf die 3D-Oberfläche und bietet eine höhere Auflösung und größere Schärfentiefe. Natürlich werden die Bilder, die ein solches Labor Mikroskop ermöglicht, dokumentiert und mit anderen Wissenschaftlern geteilt. Das ermöglicht die Abstimmung weiterer Studien unter Berücksichtigung der aktuellen Ergebnisse und schnellere Fortschritte bei der Eindämmung der Virenvermehrung.

Am Lehrstuhl für Metallische Werkstoffe der Universität Jena ist im Sommer2019 ein Labor Mikroskop installiert worden, das Auflösungen bis hin zu einzelnen Atomen erreichen kann. Mit einer Auflösung von 80 Picometern bzw. 0,8 Angström (zehn Millionen Angström sind ein Millimeter) und den zusätzlichen Spektrometern war es zu diesem Zeitpunkt wohl europaweit das beste Labor Mikroskop für die chemische Analytik. Das Transmissionselektronen-Mikroskop verfügt über eine spezielle Korrekturlinse, die die Abbildungsfehler der magnetischen Linsen ausgleicht. Mit diesem ziemlich außergewöhnlichen Labor Mikroskop sollen unter anderem die Vorgänge bei der Phasenumwandlung und die Bildung verschiedener Molekülstrukturen bei Legierungen untersucht werden.

Auch an der Universität Ulm wird ein besonders hochauflösendes Transmissionselektronen-Mikroskop eingesetzt. Im Dezember 2017 wurde das nach jahrelanger Entwicklung fertiggestellte vier Meter hohe und tonnenschwere Labor Mikroskop feierlich eingeweiht. Es arbeitet mit Niederspannung, so dass damit auch die empfindlich auf Elektronen reagierenden Biomaterialien mikroskopiert werden können. Dieses einzigartige Labor Mikroskop bietet der Universität Ulm, die maßgeblich an der Entwicklung beteiligt war, die Gelegenheit, sich zu einem der führenden Forschungszentren im Bereich der Mikroskopie zu etablieren. In vielen Bereichen, in denen die Sichtbarmachung winzigster Details bisher nicht möglich war, bietet dieses mit Niederspannung arbeitende Labor Mikroskop neue Möglichkeiten.