Zeitung Heute : "Ich gewahrte so viele kleine Tierchen, daß es wunderbar anzuschauen war"

THOMAS DE PADOVA

Teleskop und Mikroskop unterscheiden sich nicht sonderlich voneinander. Die Linsen müssen nur anders angeordnet werden, wenn Forscher den Blick vom nächtlichen Firmament ab- und sich der Welt im Kleinen zuwenden wollen. Der gestirnte Himmel über ihnen aber erschien ihnen lange Zeit für das menschliche Schicksal bedeutender als das, was möglicherweise im Mikrokosmos vor sich ging. Wozu auch Tiere oder Pflanzen unter einem Vergrößerungsapparat betrachten?

Der niederländische Amateurforscher Antonie van Leeuwenhoek bekam - dank seiner selbstgeschliffenen, winzigen Linsen - einen ersten Einblick in das Leben, das etwa eine Tonne abgestandenen Wassers erfüllt. "Ich gewahrte so viele kleine Tierchen, und ihre Bewegung im Wasser war so geschwind und so vielfältig, aufwärts, abwärts, im Kreise, daß es wunderbar anzuschauen war", schwärmte er im Jahre 1674, als er die Schlieren auf der Wasseroberfläche näher ins Auge gefaßt hatte. Leeuwenhoeks simple, einlinsige Mikroskope brachten Bakterien, Pflanzenzellen und Pilze zum Vorschein. Doch erst Mitte des 19. Jahrhunderts knüpften Wissenschaftler wie Louis Pasteur an seine Beobachtungen an.

Die Mikroorganismen rückten nun in den Brennpunkt des Forscherinteresses. Und mit jeder Verbesserung der Linsen zeigten sich weitere Details der belebten Welt. Wer heute als Forscher vor einem modernen Mikroskop sitzt, hat allerdings nicht mehr ausschließlich biologische Objekte im Blickfeld, Strahlentierchen, Gallmilben, Pilzfäden oder Gewebestrukturen, sondern auch Moleküle und Atome.

In derart kleine Bereiche vermag kein Lichtmikroskop vorzudringen. Mehr als eine 1500fache Vergrößerung ist mit einem Mikroskop nach klassischer Bauweise nicht zu erreichen. Heute gängige Vergrößerungsapparate bestehen daher nicht mehr aus Linsen. Sie benutzen statt dessen feine Sonden, um Materialien und deren Oberflächen abzutasten.

Einen ersten großen Schritt, der über die Schranken der Lichtmikroskopie hinwegführen sollte, machte Anfang der 30er Jahre der damals 26jährige Berliner Doktorand Ernst Ruska. Dem späteren Nobelpreisträger glückte die erste Aufnahme mit Hilfe magnetisch gebündelter Elektronenstrahlen. In ähnlicher Weise dienen Elektronen heute noch als Sonden. Bei modernen Rasterelektronenmikroskopen erfaßt der Elektronenstrahl jedoch nicht mehr das ganze zu beobachtende Objekt. Statt dessen tastet ein feines Strahlenbündel Punkt für Punkt ab. Das Bild setzt der Computer erst später zusammen. Es zeigt bei den ersten Geräten eine millionenfache Vergrößerung kleiner Körper und hat überdies eine große Tiefenschärfe.

Das Elektronenmikroskop lenkte den Blick der Forscher auf die chemischen Grundlagen des Lebens: die Moleküle. Anfang der 80er Jahre entwickelten Gerd Binning und Heinrich Rohrer vom IBM-Forschungslabor im schweizerischen Rüschlikon dann ein Verfahren, mit dem noch kleinere Dimensionen sichtbar gemacht werden konnten: die Atome.

Die beiden Forscher spitzten eine Metallnadel extrem gut an und bewegten sie langsam in einem winzigem Abstand von einem millionstel Millimeter (Nanometer) über eine elektrisch leitende Oberfläche. Je näher die Metallsonde an die Oberfläche herankommt, desto stärker beginnen Elektronen durch die Öffnung zwischen der Nadel und dem Objekt zu strömen. Diesen Strom zeichneten die Forscher Punkt für Punkt auf. Er änderte sich so drastisch, daß die Wissenschaftler den Abstand zwischen Nadelspitze und Probe mit einer Genauigkeit von einem hundertstel Nanometer angeben konnten. Die Atome wuchsen auf einer solchen Skala zur Größe von Tennisbällen heran.

Das Rastertunnelmikroskop von Binnig und Rohrer arbeitete, wie die Forscher später feststellten, auch ohne Strom. Allerdings in etwas anderer Art und Weise: als Kraftmikroskop. Denn mit einer Nadelspitze, die selbst nur noch aus ganz wenigen Atomen besteht, lassen sich bei kleinen Abständen auch die anziehenden und abstoßenden Kräfte zwischen der feinen Spitze und dem Objekt genau registrieren.

Das Kraftmikroskop ist inzwischen zu einem der wichtigsten Werkzeuge der Nanotechnik geworden. Es macht den Nanokosmos nicht nur sichtbar, sondern auch manipulierbar. Wer mit der Nadelspitze selbst noch einzelne Atome erkennen und abbilden kann, der ist auch in der Lage, mit derselben Spitze wie mit einem Kran nach den Atomen zu greifen und sie an einem anderen Ort wieder abzusetzen. Er braucht der Oberfläche dazu lediglich so nahe zu kommen, daß die Atome an dem Metallende hängenbleiben.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Biochemie in Martinsried haben das Kraftmikroskop kürzlich auch in anderer Hinsicht weiterentwickelt. Mit ihrem neuen Gerät können sie nicht nur ein Reliefbild der Oberfläche schaffen, sondern gleichzeitig deren chemische Zusammensetzung "erfühlen".

Diese zusätzliche Information gewinnen sie mit Hilfe von Infrarotstrahlen. Die Forscher konzentrieren diese Strahlen auf geschickte Weise an der Spitze der Nadel. Das Infrarotlicht regt die Moleküle auf der Probenoberfläche zu charakteristischen Schwingungen an, anhand derer sie sich später identifizieren lassen. So ergibt sich ein Infrarotbild des Objekts. Die Wissenschaftler hoffen, mit der Anordnung in Zukunft selbst einzelne Proteinmoleküle identifizieren und abbilden zu können.

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