Was ist Nahfeldmikroskopie und wie funktioniert sie?

Nahfeldmikroskopie ist eine noch relativ neue Variante der Mikroskopie, mit der man die Einschränkung des Auflösungsvermögens umgehen kann. Das geht, weil man bei der Nahfeldmikroskopie nicht wie bei der klassischen Mikroskopie ein Objekt (z.B. eine Zelle) als Ganzes abbildet, sondern nacheinander winzige Teile des Gesamtobjektes betrachtet und diese danach auf elektronischem Wege und mit Hilfe eines Computers zu einem Gesamtbild zusammensetzt. Man detektiert nicht das Fernfeld, sondern das Nahfeld eines Objektes. Das macht man, indem man einen Objektausschnitt durch eine sehr kleine Öffnung und aus einer sehr kurzen Entfernung beleuchtet. Und das ist auch das besondere an der Nahfeldmikroskopie.


Auf diesen beiden Bildern siehst du Kohlenstoff-Nanoröhren.
(A) Aufnahme mit einem klassischen Mikroskop
(B) Aufnahme mit einem Nahfeldmikroskop
Quelle: http://www.schilbe.de/archiv/elektrik.htm


schematischer Aufbau eines Nahfeldmikroskopes

Um das optische Nahfeld untersuchen zu können, muss man wie gesagt einen einzelnen Objektteil aus einer sehr geringen Entfernung durch eine sehr kleine Öffnung beleuchten, was mit einer normalen Lampe nicht möglich ist. Also wird das Licht in eine am vorderen Ende angespitzte Glasfaser (2) eingekoppelt (1), die man sehr nah an das Objekt (3) heranführen kann. Die Spitze (6) der Glasfaser hat dabei eine wichtige Funktion: Sie ist schmaler als die Wellenlänge des Lichtes. Das Licht kann theoretisch nicht durch diese Spitze zu dem Objektes gelangen, praktisch dringt jedoch ein kleines bisschen Strahlung hindurch. Der bestrahlte Punkt des Objektes absorbiert dann einen Teil des Lichtes, lässt aber ebenfalls einen Teil hindurch. Dieser Teil wird durch zwei Linsen (7) weitergeleitet zu einem Spiegel (8). Der leitet die Strahlung zu einem Hohlspiegel (9) und von dort wird sie dann auf einen Detektor (10) übertragen. Dieser wandelt das Licht in eine Spannung um und ein Computerprogramm wertet damit aus, wie viel Licht an der Stelle des Objektes durchgedrungen ist. Um ein Bild von dem ganzen Objekt zu erhalten, muss dieser Vorgang sehr oft ablaufen. Es wird sozusagen das ganze Objekt Punkt für Punkt 'abgescannt'. Dabei muss der Abstand zwischen der Glasfaserspitze und dem Objekt immer gleich bleiben. Das wird mit Hilfe der Kraftmikroskopie erreicht. Am Computer kann man dann aus den einzelnen Punkten ein Gesamtbild des Objektes zusammenfügen.
Bei dieser Variante der Mikroskopie wird die Auflösung also nicht mehr von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes bestimmt, sondern vom Durchmesser der bei einer 'Teilaufnahme' beleuchteten Fläche.

(Die im Text nicht erwähnten Bauteile des Nahfeldmikroskopes sind (4) Piezokristall und (5) Objektträger)

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