Ultradünnes Mikroskop

Forscher des Fraunhofer Instituts haben ein Mikroskop entwickelt, dass aus vielen nebeneinander angeordneten Linsen besteht und große Bildbereiche gleichzeitig aufnimmt.

Das neuartige Mikroskop erreicht eine Auflösung von fünf Mikrometern, ist flach, leicht und soll die Aufnahmen so schnell machen, dass die Bilder auch dann nicht verwackeln, wenn man es in der Hand hält. Herkömmliche Mikroskope können bei vergleichbarer Auflösung entweder nur ein kleines Feld untersuchen, oder sie scannen die Oberfläche: Punkt für Punkt arbeiten sie sich vorwärts, machen unzählige Aufnahmen und setzen diese zum vollständigen Bild zusammen.
Das vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena entwickelte Mikroskop vereint die Vorteile dieser zwei Typen: Es verzichtet auf das Rastern – muss also nur eine einzelne Messung vornehmen und ist daher sehr schnell. Dennoch nimmt es große Bildbereiche auf. Die Auflösung ist mit fünf Mikrometern ähnlich wie bei einem Scanner. Ein weiterer Vorteil ist die mit 5,3 Millimetern extrem kurze optische Baulänge.
Erreicht wird dies durch eine Vielzahl kleiner Abbildungskanäle, also viele kleine nebeneinander angeordnete Linsen. Jeder Kanal bildet einen kleinen Teilausschnitt des Objekts in gleicher Größe ab, was einer 1:1-Abbildung entspricht. Die einzelnen, etwa 300 x 300 µm² großen Teilausschnitte schließen lückenlos aneinander an und werden durch eine Software zum Gesamtbild zusammengesetzt.
Den als kostengünstig bezeichneten Herstellungsprozess beschreibt das Fraunhofer Institut so: „Das Abbildungssystem besteht aus drei Glasplatten, auf denen die kleinen Linsen aufgebracht sind, sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite. Diese drei Glasplatten werden übereinander gelegt. Zusätzlich befinden sich noch je zwei Achromate in jedem Kanal, so dass das Licht insgesamt durch acht Linsen gehen muss. Um die Linsen auf die Glassubstrate zu bringen, sind mehrere Schritte erforderlich: Zunächst bedecken die Wissenschaftler eine Glasplatte mit Photolack und belichten diesen durch eine Maske mit UV-Licht. Die belichteten Stellen härten aus. Legt man die Platte in eine spezielle Lösung, bleiben lediglich viele kleine Zylinder aus Photolack stehen, während sich der Rest der Schicht ablöst. Nun heizen die Forscher die Glasplatte auf: Die Zylinder schmelzen und zerlaufen zu sphärischen Linsen. Von diesem Master-Werkzeug generieren die Forscher ein inverses Werkzeug, das sie als Stempel nutzen. Mit einem solchen Stempel kann die Massenproduktion der Linsen beginnen: Man nimmt ein Glassubstrat, trägt flüssiges Polymer auf, druckt den Stempel darauf und belichtet die Polymerschicht mit UV-Licht. Ähnlich wie der Zahnarzt die Füllungen mit UV-Licht aushärtet, härtet auch hier das Polymer in der Form aus, die der Stempel ihm gibt. Zurück bleiben winzige Linsen auf dem Glassubstrat.“
Das Mikroskop soll sich für ein breites Anwendungsspektrum eignen, von medizinischen Untersuchungen bis zur Echtheitsprüfung von Dokumenten. Einen ersten Prototypen stellen die Forscher auf der Messe LASER World of PHOTONICS in München vom 23. bis 26. Mai vor. Der Prototyp kann in einem Rutsch Objekte darstellen, die etwa die Größe einer Streichholzschachtel haben. Bis das Gerät serienmäßig gefertigt werden kann, dauert es nach Angaben des  Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik jedoch noch mindestens ein bis zwei Jahre.