Mikroskop
 Optisches Mikroskop, das beim Wiki-Wissenschaftswettbewerb 2017 in Thailand verwendet wurde | |
| Verwendet | Beobachtung kleiner Proben |
|---|---|
| Bemerkenswerte Experimente | Entdeckung von Zellen |
| Verwandte Gegenstände | Lichtmikroskop Elektronenmikroskop |
Ein Mikroskop (von altgriechisch μικρός (mikrós) "klein" und σκοπέω (skopéō) "betrachten; untersuchen, inspizieren") ist ein Laborinstrument zur Untersuchung von Objekten, die zu klein sind, um sie mit dem bloßen Auge zu sehen. Die Mikroskopie ist die Wissenschaft, die sich mit der Untersuchung kleiner Objekte und Strukturen mit Hilfe eines Mikroskops befasst. Mikroskopisch bedeutet, dass sie für das Auge unsichtbar sind, es sei denn, sie werden mit Hilfe eines Mikroskops untersucht. ⓘ
Es gibt viele Arten von Mikroskopen, und sie können auf unterschiedliche Weise gruppiert werden. Eine Möglichkeit besteht darin, die Methode zu beschreiben, die ein Instrument verwendet, um mit einer Probe zu interagieren und Bilder zu erzeugen, indem es entweder einen Licht- oder Elektronenstrahl durch eine Probe in seinem optischen Pfad schickt, Photonenemissionen von einer Probe detektiert oder die Oberfläche einer Probe mit einer Sonde über eine kurze Distanz abtastet. Das gebräuchlichste Mikroskop (und das erste, das erfunden wurde) ist das Lichtmikroskop, das Linsen verwendet, um sichtbares Licht zu brechen, das durch eine dünn geschnittene Probe fällt, um ein sichtbares Bild zu erzeugen. Andere wichtige Mikroskoptypen sind das Fluoreszenzmikroskop, das Elektronenmikroskop (sowohl das Transmissionselektronenmikroskop als auch das Rasterelektronenmikroskop) und verschiedene Arten von Rastersondenmikroskopen. ⓘ
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Geschichte
Obwohl Objekte, die Linsen ähneln, bereits vor 4 000 Jahren entstanden sind und es griechische Berichte über die optischen Eigenschaften von mit Wasser gefüllten Kugeln gibt (5. Jahrhundert v. Chr.), gefolgt von vielen Jahrhunderten an Schriften über Optik, geht die früheste bekannte Verwendung von einfachen Mikroskopen (Lupen) auf die weit verbreitete Verwendung von Linsen in Brillen im 13. Die ersten bekannten Beispiele für zusammengesetzte Mikroskope, bei denen eine Objektivlinse in der Nähe des Objekts mit einem Okular kombiniert wird, um ein reales Bild zu betrachten, erschienen in Europa um 1620. Der Erfinder ist unbekannt, auch wenn im Laufe der Jahre viele Behauptungen aufgestellt wurden. Mehrere davon drehen sich um die Brillenherstellungszentren in den Niederlanden, darunter die Behauptung, es sei 1590 von Zacharias Janssen erfunden worden (diese Behauptung wurde von seinem Sohn aufgestellt) oder von Zacharias' Vater, Hans Martens, oder von beiden, die Behauptung, es sei von ihrem Nachbarn und rivalisierenden Brillenhersteller, Hans Lippershey, erfunden worden (der 1608 das erste Fernrohrpatent anmeldete), und die Behauptung, es sei von dem im Ausland lebenden Cornelis Drebbel erfunden worden, der 1619 eine Version in London besaß. Galileo Galilei (der manchmal auch als Erfinder des zusammengesetzten Mikroskops genannt wird) scheint nach 1610 herausgefunden zu haben, dass er sein Fernrohr scharf stellen konnte, um kleine Objekte zu betrachten, und baute, nachdem er ein von Drebbel gebautes zusammengesetztes Mikroskop gesehen hatte, das 1624 in Rom ausgestellt wurde, seine eigene verbesserte Version. Giovanni Faber prägte den Namen Mikroskop für das zusammengesetzte Mikroskop, das Galilei 1625 bei der Accademia dei Lincei einreichte (Galilei nannte es occhiolino 'kleines Auge'). ⓘ
Die älteste bekannte Mikroskopietechnik ist die Lichtmikroskopie, die um 1600 vermutlich in den Niederlanden entwickelt wurde. Bei ihr wird ein Objekt durch Glaslinsen beobachtet. Anfang des 17. Jahrhunderts erhielt das mit Objektiv und Okular ausgestattete Mikroskop in Anlehnung an das Wort „Teleskop“ seinen Namen. Die physikalisch maximal mögliche Auflösung eines klassischen Lichtmikroskops ist von der Wellenlänge des verwendeten Lichts abhängig und auf bestenfalls etwa 0,2 Mikrometer beschränkt. Diese Grenze wird als Abbe-Limit bezeichnet, da die zugrunde liegenden Gesetzmäßigkeiten Ende des 19. Jahrhunderts von Ernst Abbe beschrieben wurden. Mittlerweile sind jedoch einige Verfahren bekannt, mit denen diese Grenze überwunden werden kann. ⓘ
Eine höhere Auflösung ermöglichen Elektronenmikroskope, die seit den 1930er Jahren entwickelt wurden, da Elektronenstrahlen eine kleinere Wellenlänge haben als Licht. Rasterkraftmikroskope arbeiten nach einem anderen Prinzip und haben sehr feine Nadeln, mit denen die Oberfläche von Objekten abgetastet wird. Weitere Arten sind unten aufgeführt. ⓘ
Aufkommen der modernen Lichtmikroskope
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Die erste ausführliche Darstellung der mikroskopischen Anatomie organischen Gewebes, die auf der Verwendung eines Mikroskops beruhte, erschien erst 1644 in Giambattista Odiernas L'occhio della mosca, oder Das Auge der Fliege. ⓘ
Bis in die 1660er und 1670er Jahre war das Mikroskop noch weitgehend eine Neuheit, bis Naturforscher in Italien, den Niederlanden und England begannen, es für biologische Studien einzusetzen. Der italienische Wissenschaftler Marcello Malpighi, der von einigen Biologiehistorikern als Vater der Histologie bezeichnet wird, begann seine Analyse biologischer Strukturen mit der Lunge. Die Veröffentlichung von Robert Hookes Micrographia im Jahr 1665 hatte große Auswirkungen, vor allem wegen der beeindruckenden Illustrationen. Ein wichtiger Beitrag kam von Antonie van Leeuwenhoek, der mit einem einfachen Einlinsenmikroskop eine bis zu 300-fache Vergrößerung erreichte. Er klemmte eine sehr kleine Glaskugellinse zwischen die Löcher zweier zusammengenieteter Metallplatten und befestigte das Präparat mit einer durch Schrauben verstellbaren Nadel. Dann entdeckte van Leeuwenhoek die roten Blutkörperchen (nach Jan Swammerdam) und die Spermien wieder und trug dazu bei, die Verwendung von Mikroskopen zur Betrachtung der biologischen Ultrastruktur zu popularisieren. Am 9. Oktober 1676 meldete van Leeuwenhoek die Entdeckung von Mikroorganismen. ⓘ
Die Leistung eines Lichtmikroskops hängt von der Qualität und dem richtigen Einsatz des Kondensorlinsensystems zur Fokussierung des Lichts auf das Präparat und des Objektivs zum Einfangen des Lichts vom Präparat und zur Erzeugung eines Bildes ab. Die frühen Instrumente waren begrenzt, bis dieses Prinzip Ende des 19. bis Anfang des 20. Jahrhunderts voll erkannt und entwickelt wurde und bis elektrische Lampen als Lichtquellen zur Verfügung standen. Im Jahr 1893 entwickelte August Köhler ein Schlüsselprinzip der Probenbeleuchtung, die Köhlersche Beleuchtung, die für das Erreichen der theoretischen Auflösungsgrenzen des Lichtmikroskops von zentraler Bedeutung ist. Diese Methode der Probenbeleuchtung erzeugt eine gleichmäßige Beleuchtung und überwindet den begrenzten Kontrast und die begrenzte Auflösung, die durch frühe Techniken der Probenbeleuchtung entstehen. Weitere Entwicklungen auf dem Gebiet der Probenbeleuchtung waren die Entdeckung des Phasenkontrasts durch Frits Zernike im Jahr 1953 und der differentiellen Interferenzkontrastbeleuchtung durch Georges Nomarski im Jahr 1955; beide ermöglichen die Abbildung von ungefärbten, transparenten Proben. ⓘ
Elektronenmikroskope
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde eine bedeutende Alternative zum Lichtmikroskop entwickelt, ein Instrument, das zur Bilderzeugung einen Elektronenstrahl anstelle von Licht verwendet. Der deutsche Physiker Ernst Ruska entwickelte 1931 in Zusammenarbeit mit dem Elektroingenieur Max Knoll den ersten Prototyp eines Elektronenmikroskops, ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM). Das Transmissionselektronenmikroskop funktioniert nach ähnlichen Prinzipien wie ein Lichtmikroskop, verwendet jedoch Elektronen anstelle von Licht und Elektromagnete anstelle von Glaslinsen. Die Verwendung von Elektronen anstelle von Licht ermöglicht eine viel höhere Auflösung. ⓘ
Auf die Entwicklung des Transmissionselektronenmikroskops folgte 1935 die Entwicklung des Rasterelektronenmikroskops durch Max Knoll. Obwohl TEMs bereits vor dem Zweiten Weltkrieg für Forschungszwecke eingesetzt wurden und sich auch danach großer Beliebtheit erfreuten, kam das SEM erst 1965 auf den Markt. ⓘ
Transmissions-Elektronenmikroskope wurden nach dem Zweiten Weltkrieg populär. Ernst Ruska, der bei Siemens arbeitete, entwickelte das erste kommerzielle Transmissionselektronenmikroskop, und in den 1950er Jahren begannen große wissenschaftliche Konferenzen über Elektronenmikroskopie abzuhalten. 1965 wurde das erste kommerzielle Rasterelektronenmikroskop von Professor Sir Charles Oatley und seinem Doktoranden Gary Stewart entwickelt und von der Cambridge Instrument Company als "Stereoscan" vermarktet. ⓘ
Eine der jüngsten Entdeckungen, die mit Hilfe eines Elektronenmikroskops gemacht wurden, ist die Möglichkeit, ein Virus zu identifizieren. Da dieses Mikroskop ein sichtbares, klares Bild von kleinen Organellen erzeugt, sind in einem Elektronenmikroskop keine Reagenzien erforderlich, um das Virus oder schädliche Zellen zu sehen, was zu einer effizienteren Methode zum Nachweis von Krankheitserregern führt. ⓘ
Rastersondenmikroskope
Von 1981 bis 1983 arbeiteten Gerd Binnig und Heinrich Rohrer bei IBM in Zürich, Schweiz, an der Untersuchung des Phänomens des Quantentunnels. Auf der Grundlage der Quantentunneltheorie entwickelten sie ein praktisches Instrument, ein Rastersondenmikroskop, das sehr kleine Kräfte zwischen einer Sonde und der Oberfläche einer Probe misst. Die Sonde nähert sich der Oberfläche so weit an, dass Elektronen kontinuierlich zwischen Sonde und Probe fließen können, wodurch ein Strom von der Oberfläche zur Sonde entsteht. Aufgrund der Komplexität der zugrundeliegenden theoretischen Erklärungen wurde das Mikroskop zunächst nicht gut aufgenommen. 1984 begannen Jerry Tersoff und D.R. Hamann in den Bell Laboratories von AT&T in Murray Hill, New Jersey, Artikel zu veröffentlichen, die die Theorie mit den experimentellen Ergebnissen des Instruments verbanden. Es folgten 1985 funktionsfähige kommerzielle Instrumente und 1986 die Erfindung des Rasterkraftmikroskops durch Gerd Binnig, Quate und Gerber sowie die Verleihung des Nobelpreises für Physik an Binnig und Rohrer für das SPM. ⓘ
Neue Arten von Rastersondenmikroskopen wurden in dem Maße entwickelt, wie die Fähigkeit zur Herstellung ultrafeiner Sonden und Spitzen zunahm. ⓘ
Fluoreszenzmikroskope
Die jüngsten Entwicklungen im Bereich der Lichtmikroskopie konzentrieren sich weitgehend auf den Aufstieg der Fluoreszenzmikroskopie in der Biologie. In den letzten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts, insbesondere in der postgenomischen Ära, wurden zahlreiche Techniken zur Fluoreszenzfärbung von Zellstrukturen entwickelt. Die wichtigsten Gruppen von Techniken umfassen die gezielte chemische Färbung bestimmter Zellstrukturen, z. B. die chemische Verbindung DAPI zur Markierung von DNA, die Verwendung von Antikörpern, die mit fluoreszierenden Reportern konjugiert sind, siehe Immunfluoreszenz, und fluoreszierende Proteine, wie das grün fluoreszierende Protein. Bei diesen Techniken werden die verschiedenen Fluorophore für die Analyse der Zellstruktur auf molekularer Ebene sowohl in lebenden als auch in fixierten Proben verwendet. ⓘ
Der Aufstieg der Fluoreszenzmikroskopie hat die Entwicklung eines wichtigen modernen Mikroskops, des konfokalen Mikroskops, vorangetrieben. Das Prinzip wurde 1957 von Marvin Minsky patentiert, obwohl die Lasertechnologie die praktische Anwendung der Technik einschränkte. Erst 1978 entwickelten Thomas und Christoph Cremer das erste praktische konfokale Laser-Scanning-Mikroskop, und die Technik gewann in den 1980er Jahren rasch an Popularität. ⓘ
Mikroskope mit hoher Auflösung
Ein Großteil der aktuellen Forschung (zu Beginn des 21. Jahrhunderts) im Bereich der optischen Mikroskopietechniken konzentriert sich auf die Entwicklung der Superauflösungsanalyse von fluoreszenzmarkierten Proben. Strukturierte Beleuchtung kann die Auflösung um das Zwei- bis Vierfache verbessern, und Techniken wie die STED-Mikroskopie (Stimulated Emission Depletion) nähern sich der Auflösung von Elektronenmikroskopen. Dies geschieht, weil die Beugungsgrenze durch Licht oder Anregung erreicht wird, so dass die Auflösung verdoppelt werden muss, um supergesättigt zu werden. Stefan Hell erhielt 2014 den Nobelpreis für Chemie für die Entwicklung der STED-Technik, zusammen mit Eric Betzig und William Moerner, die die Fluoreszenzmikroskopie für die Visualisierung von Einzelmolekülen angepasst haben. ⓘ
Röntgenmikroskope
Röntgenmikroskope sind Instrumente, die elektromagnetische Strahlung, meist im weichen Röntgenbereich, zur Abbildung von Objekten nutzen. Technologische Fortschritte in der Röntgenoptik in den frühen 1970er Jahren machten dieses Instrument zu einer praktikablen Wahl für die Bildgebung. Sie werden häufig in der Tomographie (siehe Mikro-Computertomographie) eingesetzt, um dreidimensionale Bilder von Objekten, einschließlich biologischer Materialien, die nicht chemisch fixiert wurden, zu erzeugen. Gegenwärtig wird an der Verbesserung der Optik für harte Röntgenstrahlen geforscht, die eine größere Durchschlagskraft haben. ⓘ
Arten
Mikroskope können in verschiedene Klassen eingeteilt werden. Eine Einteilung basiert darauf, was mit der Probe interagiert, um das Bild zu erzeugen, d. h. Licht oder Photonen (optische Mikroskope), Elektronen (Elektronenmikroskope) oder eine Sonde (Rastersondenmikroskope). Alternativ können Mikroskope danach eingeteilt werden, ob sie die Probe über einen Abtastpunkt analysieren (konfokale Lichtmikroskope, Rasterelektronenmikroskope und Rastersondenmikroskope) oder ob sie die Probe auf einmal analysieren (optische Weitfeldmikroskope und Transmissionselektronenmikroskope). ⓘ
Optische Weitwinkelmikroskope und Transmissionselektronenmikroskope nutzen beide die Theorie der Linsen (optische Linsen für Lichtmikroskope und elektromagnetische Linsen für Elektronenmikroskope), um das Bild zu vergrößern, das durch den Durchgang einer Welle entsteht, die durch die Probe übertragen oder von der Probe reflektiert wird. Die verwendeten Wellen sind elektromagnetische Wellen (bei Lichtmikroskopen) oder Elektronenstrahlen (bei Elektronenmikroskopen). Die Auflösung in diesen Mikroskopen wird durch die Wellenlänge der zur Abbildung der Probe verwendeten Strahlung begrenzt, wobei kürzere Wellenlängen eine höhere Auflösung ermöglichen. ⓘ
Optische Rastermikroskope und Elektronenmikroskope, wie das konfokale Mikroskop und das Rasterelektronenmikroskop, verwenden Linsen, um einen Licht- oder Elektronenpunkt auf die Probe zu fokussieren, und analysieren dann die Signale, die durch die Wechselwirkung des Strahls mit der Probe entstehen. Der Punkt wird dann über die Probe gescannt, um einen rechteckigen Bereich zu analysieren. Die Vergrößerung des Bildes wird dadurch erreicht, dass die Daten aus der Abtastung eines physikalisch kleinen Probenbereichs auf einem relativ großen Bildschirm angezeigt werden. Diese Mikroskope haben die gleiche Auflösungsgrenze wie optische Weitfeld-, Sonden- und Elektronenmikroskope. ⓘ
Rastersondenmikroskope analysieren ebenfalls einen einzelnen Punkt in der Probe und scannen dann die Sonde über einen rechteckigen Probenbereich, um ein Bild zu erstellen. Da diese Mikroskope keine elektromagnetische oder elektronische Strahlung zur Bildgebung verwenden, gelten für sie nicht dieselben Auflösungsgrenzen wie für die oben beschriebenen Licht- und Elektronenmikroskope. ⓘ
Klassische Lichtmikroskop-Typen beruhen auf einem abbildenden Prinzip: Ähnlich wie bei der Fotografie wird im Gerät durch eine Reihe von Linsen hindurch ein Bild erzeugt, das in einem Stück gesehen oder aufgenommen wird. ⓘ
Manche lichtmikroskopische Verfahren und besonders Mikroskope, die auf anderen physikalischen Prinzipien beruhen, setzen dagegen auf ein Abrastern (englisch: scanning) des Objektes, bei dem die einzelnen Punkte des vergrößerten Bildes nacheinander, Zeile für Zeile, erzeugt werden. Hierzu zählen beispielsweise Laser-Scanning-Mikroskope, Elektronenmikroskope, Rasterkraftmikroskope und Raster Quantenpunkt Mikroskope. ⓘ
Optische
Die häufigste Art von Mikroskopen (und die erste, die erfunden wurde) ist das Lichtmikroskop. Dabei handelt es sich um ein optisches Instrument mit einer oder mehreren Linsen, die ein vergrößertes Bild einer in der Brennebene platzierten Probe erzeugen. Optische Mikroskope bestehen aus brechendem Glas (gelegentlich auch aus Kunststoff oder Quarz), um das Licht auf das Auge oder einen anderen Lichtdetektor zu fokussieren. Optische Mikroskope mit Spiegeln funktionieren auf die gleiche Weise. Die typische Vergrößerung eines Lichtmikroskops liegt bei Licht im sichtbaren Bereich bei bis zu 1.250facher Vergrößerung mit einer theoretischen Auflösungsgrenze von etwa 0,250 Mikrometern oder 250 Nanometern. Dies begrenzt die praktische Vergrößerung auf ~1.500×. Spezialisierte Techniken (z. B. Rasterkonfokalmikroskopie, Vertico SMI) können diese Vergrößerung überschreiten, aber die Auflösung ist beugungsbegrenzt. Die Verwendung kürzerer Lichtwellenlängen, wie z. B. Ultraviolett, ist eine Möglichkeit, die räumliche Auflösung des Lichtmikroskops zu verbessern, ebenso wie Geräte wie das optische Nahfeld-Rastermikroskop. ⓘ
Sarfus ist eine neuere optische Technik, die die Empfindlichkeit eines Standard-Lichtmikroskops so weit erhöht, dass es möglich ist, nanometrische Filme (bis zu 0,3 Nanometer) und isolierte Nano-Objekte (bis zu 2 nm Durchmesser) direkt sichtbar zu machen. Die Technik basiert auf der Verwendung von nicht reflektierenden Substraten für die kreuzpolarisierte Auflichtmikroskopie. ⓘ
Ultraviolettes Licht ermöglicht die Auflösung von mikroskopischen Merkmalen sowie die Abbildung von Proben, die für das Auge transparent sind. Nahinfrarotlicht kann zur Visualisierung von Schaltkreisen verwendet werden, die in gebondete Siliziumbauteile eingebettet sind, da Silizium in diesem Wellenlängenbereich transparent ist. ⓘ
In der Fluoreszenzmikroskopie können viele Wellenlängen von ultraviolettem bis sichtbarem Licht verwendet werden, um Proben zum Fluoreszieren zu bringen, was die Betrachtung mit dem Auge oder mit besonders empfindlichen Kameras ermöglicht.
Die Phasenkontrastmikroskopie ist eine Beleuchtungsmethode in der optischen Mikroskopie, bei der kleine Phasenverschiebungen im Licht, das durch eine transparente Probe fällt, in Amplituden- oder Kontraständerungen im Bild umgewandelt werden. Die Verwendung des Phasenkontrasts erfordert keine Anfärbung des Präparats, um es zu betrachten. Diese Mikroskoptechnik ermöglichte es, den Zellzyklus in lebenden Zellen zu untersuchen. ⓘ
Das traditionelle Lichtmikroskop hat sich in jüngerer Zeit zum Digitalmikroskop weiterentwickelt. Zusätzlich oder anstelle der direkten Betrachtung des Objekts durch die Okulare wird ein Sensor, ähnlich dem einer Digitalkamera, verwendet, um ein Bild zu erhalten, das dann auf einem Computermonitor angezeigt wird. Diese Sensoren können je nach Anwendung CMOS- oder CCD-Technologie (charge-coupled device) verwenden. ⓘ
Die digitale Mikroskopie mit sehr geringen Lichtstärken, um Schäden an empfindlichen biologischen Proben zu vermeiden, ist mit empfindlichen Photonenzähl-Digitalkameras möglich. Es hat sich gezeigt, dass eine Lichtquelle, die verschränkte Photonenpaare liefert, das Risiko einer Beschädigung der lichtempfindlichsten Proben minimieren kann. Bei dieser Anwendung des Ghost-Imaging auf die photonendichte Mikroskopie wird die Probe mit Infrarot-Photonen beleuchtet, von denen jedes mit einem verschränkten Partner im sichtbaren Band räumlich korreliert ist, um eine effiziente Abbildung durch eine Photonenzählkamera zu ermöglichen. ⓘ
Elektronen
Die beiden wichtigsten Arten von Elektronenmikroskopen sind Transmissions-Elektronenmikroskope (TEM) und Rasterelektronenmikroskope (SEM). Beide verfügen über eine Reihe von elektromagnetischen und elektrostatischen Linsen, um einen hochenergetischen Elektronenstrahl auf eine Probe zu richten. Bei einem TEM durchdringen die Elektronen die Probe, ähnlich wie bei der optischen Mikroskopie. Dies erfordert eine sorgfältige Probenvorbereitung, da die Elektronen von den meisten Materialien stark gestreut werden. Die Proben müssen außerdem sehr dünn sein (unter 100 nm), damit die Elektronen sie durchdringen können. Querschnitte von Zellen, die mit Osmium und Schwermetallen gefärbt wurden, zeigen deutliche Organellenmembranen und Proteine wie Ribosomen. Mit einer Auflösung von 0,1 nm lassen sich detaillierte Ansichten von Viren (20 - 300 nm) und einem DNA-Strang (2 nm Breite) erstellen. Im Gegensatz dazu verfügt das SEM über Rasterspulen, die die Oberfläche von Massenobjekten mit einem feinen Elektronenstrahl abtasten. Daher müssen die Proben nicht unbedingt zerschnitten werden, aber für nicht leitende Proben kann eine Beschichtung mit einer nanometrischen Metall- oder Kohlenstoffschicht erforderlich sein. Das REM ermöglicht eine schnelle Oberflächenabbildung von Proben, möglicherweise in dünnem Wasserdampf, um ein Austrocknen zu verhindern. ⓘ
Abtastende Sonde
Die verschiedenen Arten von Rastersondenmikroskopen ergeben sich aus den vielen verschiedenen Arten von Wechselwirkungen, die auftreten, wenn eine kleine Sonde über eine Probe gescannt wird und mit ihr interagiert. Diese Wechselwirkungen oder Modi können als Funktion der Position auf der Oberfläche aufgezeichnet oder abgebildet werden, um eine Charakterisierungskarte zu erstellen. Die drei gebräuchlichsten Arten von Rastersondenmikroskopen sind Rasterkraftmikroskope (AFM), optische Nahfeldmikroskope (MSOM oder SNOM, optische Rasternahfeldmikroskopie) und Rastertunnelmikroskope (STM). Bei einem Rasterkraftmikroskop ist eine feine Sonde, in der Regel aus Silizium oder Siliziumnitrid, an einem Ausleger befestigt; die Sonde wird über die Oberfläche der Probe gescannt, und die Kräfte, die eine Wechselwirkung zwischen der Sonde und der Oberfläche der Probe verursachen, werden gemessen und abgebildet. Ein optisches Nahfeld-Rastermikroskop ähnelt einem AFM, aber seine Sonde besteht aus einer Lichtquelle in einer optischen Faser, die mit einer Spitze bedeckt ist, die in der Regel eine Öffnung für den Durchgang des Lichts aufweist. Das Mikroskop kann entweder durchgelassenes oder reflektiertes Licht erfassen, um sehr lokalisierte optische Eigenschaften der Oberfläche, in der Regel einer biologischen Probe, zu messen. Rastertunnelmikroskope haben eine Metallspitze mit einem einzelnen Atom an der Spitze; die Spitze ist an einem Rohr befestigt, durch das ein Strom fließt. Die Spitze wird über die Oberfläche einer leitfähigen Probe bewegt, bis ein Tunnelstrom fließt; der Strom wird durch Computerbewegungen der Spitze konstant gehalten, und aus den aufgezeichneten Bewegungen der Spitze wird ein Bild erzeugt. ⓘ
Andere Typen
Akustische Rastermikroskope nutzen Schallwellen zur Messung von Änderungen der akustischen Impedanz. Sie ähneln im Prinzip dem Sonar und werden unter anderem zum Aufspüren von Defekten an den Unterseiten von Materialien eingesetzt, wie sie in integrierten Schaltkreisen vorkommen. Am 4. Februar 2013 bauten australische Ingenieure ein "Quantenmikroskop", das eine bisher unerreichte Präzision bietet. ⓘ
Mobile Anwendungen
Mobile App-Mikroskope können optional als optisches Mikroskop verwendet werden, wenn die Taschenlampe aktiviert ist. Mobile App-Mikroskope sind jedoch aufgrund des visuellen Rauschens schwieriger zu verwenden, sind oft auf 40fache Vergrößerung beschränkt und die Auflösung des Kameraobjektivs selbst ist begrenzt. ⓘ