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Tor zum Nanokosmos

Sein Vater hielt nichts von seiner Berufswahl. Der Sohn wurde trotzdem Ingenieur und entwickelte schon mit 24 Jahren ein Gerät, das neue Einblicke in die Welt der kleinsten Dinge gewährte. Das Elektronenmikroskop war eine der wichtigsten Erfindungen des 20. Jahrhunderts, wie das schwedische Nobelkomitee später urteilen sollte. Heute vor 75 Jahren, am 9. März 1931, brachte der deutsche Ernst Ruska seine Idee das erste Mal zu Papier.

Von Anne Preger | 09.03.2006
    "Wie sieht ein Virus aus?"
    "Was genau passiert, wenn sich ein Muskel zusammenzieht?"
    "Woraus besteht das Skelett einer Körperzelle?"
    "Was ist kaum größer als ein Zehnmillionstel Millimeter?"

    Antworten auf diese und viele weitere Fragen liefert das Elektronenmikroskop. Es funktioniert fast genauso wie ein traditionelles Lichtmikroskop. Anstelle von Licht durchsausen Elektronen das luftleere Gerät. Magnetfelder dienen als Linsen für die negativ geladenen Teilchen. Die Elektronen treffen auf das möglichst dünne Untersuchungsobjekt und bilden dieses auf einem Schirm ab - und zwar in viel stärkerer Vergrößerung als im Lichtmikroskop.

    Der Erfinder Ernst Ruska: "Der Grund hierfür liegt darin, dass das Licht nichts unendlich Feines ist, wie es für eine beliebig genaue Abbildung notwendig wäre. Das Licht vermag keine Einzelheiten abzubilden, die wesentlich kleiner als seine Wellenlänge sind."

    Diese Einschränkung gilt zwar auch für Elektronenstrahlen. Doch deren Wellenlänge ist 100.000 Mal kleiner als die von Licht und entsprechend stärker ist die maximal mögliche Vergrößerung.

    Ende der 20er Jahre studiert Ernst Ruska an der Technischen Hochschule in Berlin. Zusammen mit Max Knoll entwickelt er Elektronenlinsen. Am 9. März 1931 wird die Idee des Elektronenmikroskops geboren. Auf dem Papier entsteht die erste Skizze, und einen Monat später der Prototyp. Er enthält zwei Linsen zur Vergrößerung, genau wie das Lichtmikroskop, das Ernst Ruska schon als Kind faszinierte.

    "Was ein Mikroskop bedeutet, das war mir schon deshalb als Kind in gewissem Umfang bewusst, weil im naturwissenschaftlichen Arbeitszimmer meines Vaters ein schönes Zeiss-Mikroskop stand", das für den jungen Ruska jedoch unerreichbar bleibt.

    "Eigenes Hantieren mit diesem Instrument war meinem wenig jüngeren Bruder und mir selbstverständlich streng untersagt."

    Lebenslang verbindet die beiden Brüder ein naturwissenschaftliches Interesse. Helmut wird Mediziner in Berlin und erkennt schon früh die Chancen, die ein Elektronenmikroskop für die Erforschung von Krankheitserregern und Zellen bieten würde.

    "Er hat mich daher von Anfang an darin bestärkt, besonders wegen dieser möglichen Anwendungsgebiete die Idee des Elektronenmikroskops über alle Hindernisse hinweg weiter zu verfolgen."

    Und Hürden gibt es viele, fachliche und finanzielle. Nach seiner Doktorarbeit will Ernst Ruska ein noch besseres Elektronenmikroskop bauen. Die Notgemeinschaft der deutschen Wissenschaft unterstützt ihn dabei zwar finanziell. Doch das Stipendium ist nicht üppig bemessen.

    "Ein halbes Jahr lang 100 Mark monatlich für sachliche und persönliche Ausgaben. Es lag also an mir, ob ich besser frühstücken wollte, oder irgendetwas für das Mikroskop kaufen."

    Ernst Ruska schafft es in fünf Monaten. Das neue Gerät macht Aufnahmen in 12.000-facher Vergrößerung und ist besser als jedes Lichtmikroskop. Der Durchbruch ist es aber noch nicht: Die Forschungsobjekte können nicht dünn genug geschnitten werden. Die Elektronenstrahlen bleiben stecken und zerstören das Objekt. Wieder fehlt dem Ingenieur das Geld:

    "Es gab damals keine Stelle, die bereit war, erhebliche Gelder in eine Sache zu stecken, von der wir nur gezeigt haben, dass alle Objekte, die man abbildet, verkohlen."

    1937 findet sich schließlich doch ein Geldgeber: Der Elektrokonzern Siemens & Halske. Nach zwei Jahren ist das Elektronenmikroskop serienreif. Zum ersten Mal entstehen Bilder von Viren und anderen kleinsten Krankheitserregern – aufgenommen von Ernst Ruskas jüngerem Bruder Helmut.

    Die folgenden Jahrzehnte öffnen das Tor zum Nanokosmos. Heute liegt die höchste Auflösung unter einem Nanometer. Wieder ist die Grenze fast erreicht. Diesmal gibt die Wellenlänge der Elektronenstrahlen sie vor.

    Erst 1986 - zwei Jahre vor seinem Tod - erhielt Ernst Ruska den Physiknobelpreis. Etwas spät, fand der Ingenieur. Denn inzwischen konnte man den Aufbau eines Elektronenmikroskops "in jedem besseren Schulphysikbuch nachlesen".
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