Gesundheit : Mit Elektronen sehen

Zum 100. Geburtstag von Ernst Ruska

Dieter Hoffmann

Als Ernst Ruska Anfang Oktober 1986 den berühmten Anruf aus Stockholm bekam, soll seine spontane Reaktion gewesen sein: „Machen Sie doch keine Witze!“ Verdient hatte er die Auszeichnung mit dem Nobelpreis für Physik allemal, doch stand Ruska damals bereits im 80. Lebensjahr – er wurde vor hundert Jahren am 25. Dezember 1906 in Heidelberg geboren – und auch seine preisgekrönten Arbeiten lagen schon ein halbes Jahrhundert zurück.

Ruska war der Erste, der in den dreißiger Jahren die Idee von Elektronenlinsen technisch realisiert und damit die Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen übertroffen hatte. Damit wurde er zum Pionier einer der wichtigsten Erfindungen des zwanzigsten Jahrhunderts, des Elektronenmikroskops.

Seit dem ausgehenden 19. Jahrhundert war durch Forschungen des Jenaer Physikers Ernst Abbe bekannt, dass das Auflösungsvermögen von Lichtmikroskopen begrenzt ist und in der Größenordnung der Lichtwellenlänge, also bei einigen Nanometern (millionstel Millimetern) liegt. Das Lichtmikroskop ist also ungeeignet, atomare Strukturen zu erfassen. Solche Strukturen wurden aber für die Physik und Technik im 20. Jahrhundert immer interessanter, so dass man nach Möglichkeiten suchte, die Natur zu überlisten.

Mitte der 20er Jahre hatte der französische Physiker Louis de Broglie gezeigt, dass nicht nur Licht, sondern auch Teilchenstrahlen Welleneigenschaften haben. Für Elektronen bedeutet das, dass ihre Wellenlänge etwa hunderttausendfach kleiner ist als die sichtbaren Lichts. Würde man Elektronenstrahlen wie Lichtstrahlen für mikroskopische Zwecke nutzen können, hätte das eine dramatische Verbesserung des Auflösungsvermögens zur Folge.

Ruskas Arbeiten für ein solches Elektronenmikroskop begannen Ende der 20er Jahre, als er sich im Hochspannungslabor der Berliner Technischen Hochschule als Diplomand mit der Bündelung von Elektronenstrahlen und ihrer Nutzung für Abbildungszwecke beschäftigte. 1928 konnte nachgewiesen werden, dass sich Elektronen zur optischen Abbildung eignen. Allerdings lag der Vergrößerungsfaktor der Anordnung, die Ruska zusammen mit seinem Diplomvater Max Knoll konstruiert hatte, noch bei bescheidenen 17,5.

Bis 1932 konnte man diese Anordnung so weit verbessern, dass die erzielten Vergrößerungen in der Nähe der lichtmikroskopischen Auflösungsgrenze lagen. Die in den „Annalen der Physik“ publizierte Beschreibung gilt als Prototyp heutiger Elektronenmikroskope. Das dort von Knoll und Ruska skizzierte Durchstrahlungs-Elektronenmikroskop mit zwei magnetischen Sammellinsen wies bereits alle wesentlichen Elemente späterer Modelle auf. Ende 1933 konnte sogar die lichtmikroskopische Auflösungsgrenze unterschritten werden.

Ruska, inzwischen als Elektroingenieur diplomiert und promoviert, beschäftigte sich nun vornehmlich mit der Fernsehentwicklung. 1937 konnte er aber die Firma Siemens vom innovativen Potenzial seiner Idee überzeugen. In der neu eingerichteten Forschungsstelle für Elektronenmikroskopie entwickelte er zusammen mit seinem Schwager Bodo von Borries das erste serienmäßige Elektronenmikroskop mit einem Vergrößerungsfaktor von über 30 000 und einer Auflösung von 30 Nanometern.

An dem Erfolg war auch Helmut Ruska, der jüngere Bruder von Ernst, beteiligt. 1938 konnten erstmals Viren sichtbar gemacht werden. Dies brachte Helmut Ruska den Ruf als Pionier der Virologie und der medizinisch-biowissenschaftlichen Elektronenmikroskopie ein.

Ernst Ruska selbst hat in der Folgezeit als Entwicklungsingenieur bei Siemens vor allem an der weiteren Perfektionierung und der Überführung seiner Geräte in die Serienproduktion gearbeitet. Nach dem Krieg wirkte er zunächst als Honorarprofessor an den (West-) Berliner Universitäten. 1955 wechselte er ganz in die akademische Forschung. Er übernahm die Leitung des für ihn eingerichteten Instituts für Elektronenmikroskopie am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Dahlem. Dort wirkte er über seine Emeritierung im Jahre 1974 hinaus. Nicht nur durch den Nobelpreis hochgeehrt, starb Ernst Ruska am 27. Mai 1988 in Berlin.

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