mikroskop

Den vanligste typen mikroskop er optiske mikroskop, som også blir kalt lysmikroskop. Et optisk mikroskop bruker linser og synlig lys til å forstørre ting. Et enkelt forstørrelsesglass kan forstørre 3–20 ganger, mens sammensatte optiske mikroskop, der flere linser samarbeider, kan forstørre opp mot 1500-2000 ganger.

Elektronmikroskop ble utviklet på 1930-tallet, og bruker en stråle av elektroner istedenfor lys. Fordi elektroner er så mye mindre enn bølgelengden til synlig lys, kan elektronmikroskoper vise detaljer som er for små til å se gjennom optiske mikroskop. De kraftigste elektronmikroskopene kan forstørre flere millioner ganger, slik at man kan se enkeltatomer. Det finnes også andre typer mikroskop, som atomkraftmikroskop og røntgenmikroskop.

Et optisk mikroskop bruker optiske linser til å forstørre små gjenstander. I sin enkleste form er et optisk mikroskop bare en samlelinse som fungerer som en lupe. De fleste moderne mikroskop er såkalt sammensatte mikroskop, der flere linser samarbeider for å gi større forstørrelse.

Et moderne optisk mikroskop har fire hoveddeler: objektbord, belysning, objektiv og okular.

Den totale forstørrelsen i et optisk mikroskop finner man ved å gange objektivets forstørrelse med okularets forstørrelse. Har man for eksempel et 40x objektiv og et 10x okular, blir total forstørrelse 40 multiplisert med 10, som blir 400x.

Like viktig som forstørrelse i et optisk mikroskop er oppløsningen, som angir hvor små detaljer mikroskopet kan vise.

Optiske mikroskop har en naturlig grense for oppløsning. Denne grensen skyldes diffraksjon, som er at lys bøyes og spres når det passerer gjennom linser og små åpninger. Dette gjør at hvert punkt i prøven ikke avbildes som et skarpt punkt, men som en liten lysflekk. Når to detaljer ligger så nær hverandre at lysflekkene overlapper, kan de ikke lenger skilles fra hverandre. Denne grensen kalles diffraksjonsgrensen.

Med vanlige objektiver i luft kan man skille detaljer ned mot 300–400 nanometer, som tilsvarer bølgelengden til blått lys. Ved å bruke et immersjonsobjektiv kan man komme ned mot 200 nanometer. Da legger man en dråpe av en væske (ofte vann eller gjennomsiktig olje) mellom prøven og objektivet og oppnår dermed høyere oppløsning. Grunnen er at væsken har høyere brytningsindeks enn luft slik at mer lys kan bøyes inn i objektivet. Et mål på denne optiske kvaliteten til et objektiv kalles numerisk apertur. Diffraksjonsgrensen setter en praktisk øvre grense for nyttig forstørrelse på rundt 1000–1500 ganger.

Det menneskelige øye har en oppløsning på cirka 0,1 mm ved nærsynsgrensen på 250 mm. Hvis et objekt blir så sterkt forstørret i et mikroskop at oppløsningen bare er litt større enn øyets oppløsning, vil ytterligere forstørrelse ikke bringe frem flere detaljer, og dette lønner seg derfor ikke. Hvis det er ønskelig med flere detaljer, må man, samtidig med at man øker forstørrelsen, også øke oppløsningsevnen. Dette kan enten gjøres ved å øke objektivets numeriske apertur eller ved å benytte lys med kortere bølgelengde.

Et annet forhold som virker inn på oppløsningsevnen til et mikroskop, er fargespredning i linsene (aberrasjon). Etter graden av fargespredning inndeles objektiver i akromater og apokromater. Akromater er sammensatt av akromatiske linser, hvor det ikke er noe fargespredningen ved liten forstørrelse. Ved stor forstørrelse blir fargespredningen imidlertid så fremtredende at disse objektivene ikke egner seg. En apokromat er satt sammen av flere linser enn en akromat og resultatet er at fargespredningen blir vesentlig redusert.

Elektronmikroskop bruker elektronstråler i stedet for lys. Siden elektroner har mye kortere bølgelengde enn synlig lys, kan elektronmikroskop oppnå langt høyere oppløsning. De kraftigste elektronmikroskopene kan forstørre flere millioner ganger og vise enkeltatomer.

Det finnes to hovedtyper elektronmikroskop: Transmisjons-elektronmikroskop sender elektronstrålen gjennom en svært tynn prøve og gir bilder av den indre strukturen. Skanning-elektronmikroskop skanner overflaten med elektronstrålen og gir detaljerte 3D-lignende bilder av overflater.

Elektronmikroskop krever at prøven er i vakuum, og kan derfor ikke brukes til å studere levende celler. Prøvene må også gjennomgå spesiell forberedelse.

Konfokalmikroskop er et avansert optisk mikroskop der en laserstråle skanner prøven punkt for punkt. Ved å bare slippe gjennom lys som er i fokus, får man ekstra skarpe bilder. Metoden gjør det også mulig å lage 3D-bilder av prøven.

Atomærkraftmikroskop bruker en ekstremt spiss nål som føres over overflaten. Nålen registrerer kreftene mellom nålespissen og atomene i overflaten, og kan på den måten tegne et svært detaljert 3D-bilde. Atomærkraftmikroskop kan vise enkeltatomer og brukes mye i nanoteknologi.

Fasekontrastmikroskop er et spesialtilpasset optisk mikroskop som gjør det mulig å se gjennomsiktige strukturer uten å farge dem. Det brukes mye i biologi for å studere levende celler.

Polarisasjonsmikroskop bruker polarisert lys og er spesielt nyttig for å studere krystallinske materialer og bergarter.

Refleksjonsmikroskop (katadioptrisk mikroskop) har et objektiv som består av sfæriske, speilende flater, mens okularet fortsatt består av linser. Det brukes særlig for infrarød og ultrafiolett belysning.

• Infrarødt mikroskop brukes ved undersøkelser av objekter som er ugjennomsiktige i vanlig lys, men gjennomsiktige for infrarødt lys, for eksempel tre, molybden, koraller og mange rødfargede stoffer, men ikke vann og vannholdige stoffer.
• Ultrafiolett mikroskop brukes for å oppnå god oppløsning på grunn av UV-lysets korte bølgelengde. Det brukes også som mikrospektrofotometer for å identifisere og bestemme mengden av bestemte proteiner og nukleinsyrer i mikroorganismer, fordi disse har karakteristiske absorpsjonskurver i det ultrafiolette området.

Både infrarøde og ultrafiolette mikroskoper brukes for å undersøke om kunstgjenstander er forfalskninger eller ekte.

Røntgenmikroskop har på grunn av røntgenstrålingens korte bølgelengde en vesentlig større oppløsningsevne enn et optisk mikroskop, men brukes først og fremst fordi strålingen er mer gjennomtrengende enn lys. For røntgenstråler er brytningsindeksen i de fleste stoffer meget nær 1. Derfor kan et røntgenmikroskop ikke bygge på linseoptikk. Forstørrelsen oppnås enten ved projeksjon eller refleksjon.

Forstørrelsesglass var kjent allerede på 1200-tallet. I 1267 beskrev den engelske filosofen Roger Bacon i verket Perspectiva hvordan man kunne se de minste støvpartikler gjennom en linse. Det sammensatte mikroskopet med flere linser ble trolig utviklet rundt 1590, men det er usikkert hvem som fortjener æren for oppfinnelsen.

Tre nederlandske brillemakere fra Middelburg – Hans Janssen og hans sønn Zacharias, og Hans Lippershey – regnes tradisjonelt som oppfinnerne av mikroskopet, men dette bygger på senere vitneberetninger.

Det finnes også andre kandidater. Galileo Galilei utviklet et forstørrende instrument han kalte occhiolino rundt 1609, og Galileos venn Giovanni Faber har fått æren for å komme opp med navnet mikroskop i 1625. Den nederlandske oppfinneren Cornelis Drebbel, konstruerte ifølge Christiaan Huygens et sammensatt mikroskop på 1620-tallet.

På 1600-tallet gjorde naturforskere som Robert Hooke og Antonie van Leeuwenhoek viktige oppdagelser med mikroskopet. Hooke beskrev cellenes struktur, mens van Leeuwenhoek var den første som observerte bakterier og andre mikroorganismer.

Det moderne optiske mikroskopet ble utviklet på slutten av 1800-tallet, særlig gjennom arbeidet til den tyske fysikeren Ernst Abbe. Han la det teoretiske grunnlaget for mikroskopoptikk og samarbeidet med Carl Zeiss om å bygge mikroskoper av høy kvalitet. Selskapet Zeiss har siden 1890-tallet vært kjent for sine høykvalitetsobjektiver, og har blitt brukt i mange filmproduksjoner, Apolloferdene og de første månelandingene.

Den tyske ingeniøren Ernst Ruska konstruerte de første elektromagnetiske linsene for elektroner rundt 1930, og sammen med Max Knoll utviklet han det første kommersielle elektronmikroskopet senere på 1930-tallet. Ruska ble tildelt Nobelprisen i fysikk i 1986 for dette pionerarbeidet.

• elektronmikroskop
• optikk