Visualisering af naturen

Et billede siger mere end tusind ord

Visualisering af Naturen på mikroskopisk niveau

I vores søgen efter viden om os selv og vores omgivelser har afbildningen af de undersøgte objekter altid spillet en afgørende rolle for dokumentation og beskrivelse af det observerede. Billeder har også været vigtige for formidling og videregivelse af den indsigt, som vi har opnået ved forskning og videnskabelige observationer. Tegning og fotografi, og senere video og digitaliserede billeder, er blevet brugt i formidlingens tjeneste, først i form af statiske og senere levende billeder. Samtidig har der gennem videnskabens historie været et stedse stærkere ønske om at se flere og mindre detaljer, fra det som er synligt med det blotte øje (ca. 0,2mm) helt ned til stoffets mindste dele - molekyler og atomer (ca. 0,1nm), den nanoskopiske verden.

1 nanometer (nm) = en tusindedel af 1 mikrometer (µm) = en milliontedel af 1 millimeter (mm)

Billede af et antik lysmikroskop af modellen Van Heurck No.1 model microscope, fra 1910 produceret af W. Watson & Sons Ltd., som er venlig udlånt af Allan Wissner.

En lang række tekniske opfindelser, mikroskoper, er gennem tiden blevet gjort med henblik på at forstærke det menneskelige syn og se ind i den mikroskopiske verden. I næsten alle tilfælde har opfindelserne ført til videnskabelige gennembrud. Mikroskopi af forskellig type er således grundlaget for vores forståelse af materialers struktur og levende stoffers opbygning. Mikroskoper har spillet en meget vigtig rolle for diagnosticering og behandling af sygdomme, ikke mindst sygdomme som skyldes mikroorganismer.

Det optiske lysmikroskop blev opfundet i slutningen af det 16. århundrede og havde en forstørrelsesgrad på under 10 gange. Lysmikroskoper benytter sig af lys og glaslinser, og med et moderne lysmikroskop kan man opnå en forstørrelse på helt op til 1000 gange.

Moderne forskning benytter sig af lasere og avancerede optiske teknikker i såkaldt konfokalmikroskopi og laserskanningmikroskopi. Ofte udnyttes særlige farvestoffer (fluorescerende molekyler) inden for fluorescensmikroskopi, som muliggør meget nøjagtig billeddannelse med stor kontrast og en betydelig dybdeskarphed. Lysets bølgelængde sætter grænser for, hvor små ting man kan se med et lysmikroskop. Det er derfor en fysisk umulighed at se noget, der er mindre end halvdelen af bølgelængden af violet lys, dvs. ca. 200nm. Hvis man imidlertid bruger elektroner, som har en meget mindre bølgelængde, er det muligt med et såkaldt elektronmikroskop at se objekter, som f.eks. enkelte atomer, med en nøjagtighed på 0,1nm.

Et afgørende gennembrud inden for billeddannelse af meget små genstande blev gjort i 1980’erne i form af de såkaldte scanning-probe teknikker, der muliggør visualisering af en overflade i meget stor detalje. Af særlig interesse for billeddannelse af biologiske systemer er atomarkraftmikroskopi (AFM), som blev opfundet i 1986. AFM er en overfladefølsom teknik, der er på vej til at revolutionere den strukturelle biologi, fordi den muliggør afbildning af blødt, biologisk stof, f.eks. en celle, i naturligt vandigt miljø. Den rumlige opløsning rækker fra et enkelt protein- eller DNA-molekyle på nogle få nm op til størrelsen af en levende celle (nogle tusinder nm).

Afbildning af struktur og funktion i biologiske systemer på mikroskopisk skala er et værdifuldt værktøj til at opnå en forståelse af biologiske processer samt for diagnogstik af sygdomme. Lysmikroskopet har derfor været et helt centralt værktøj inden for biologisk og medicinsk forskning i århundreder. Ved at anvende fluorescensmikroskopi kan man opnå forbedret kontrast samt visualisere udvalgte vævstyper, sub-cellulære strukturer eller specielle grupper af molekyler. Denne teknik bygger på udsendelse af lys fra specielle fluorescerende markører, som enten findes naturligt i systemet, introduceres udefra eller indbygges ved gen-teknologiske metoder.