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Selbstbau-Mikroskop aus Lego und Handy-Linsen

Einfach zu bauendes Mikroskop erreicht eine Auflösung von unter einem Mikrometer

Lego-Mikroskop
So sieht das fertige Mikroskop aus Legosteinen und Handy-Linse aus (links). Rechts der Entwurf. © Timo Betz

Do it yourself: Aus normalen Legosteinen und den Linsen aus einem Handy lässt sich relativ einfach ein auflösungsstarkes Mikroskop basteln. Wie das geht und was man dafür benötigt, beschreibt nun ein Forscherteam. Einmal aufgebaut, kann ihr Lego-Mikroskop Proben 224-fach vergrößern und erreicht eine Auflösung von 0,78 Mikrometern – das ist genug, um Details von Zellen, einzelligen Wasserorganismen oder den Eiern von Salzkrebschen sichtbar zu machen.

Die Erfindung des Lichtmikroskops durch Antoni van Leeuwenhoek leitete eine ganz neue Ära der Wissenschaft ein. Denn erstmals wurden nun die Strukturen und Organismen der Mikrowelt sichtbar und erforschbar. Seither hat das Mikroskop nicht nur unzählige wissenschaftliche Entdeckungen ermöglicht, es wurde auch zu neuen, noch leistungsfähigeren Varianten weiterentwickelt. Allerdings: Die meisten modernen Mikroskope sind nicht unbedingt billig und ein Selberbauen kaum möglich.

Ein Mikroskop aus Legosteinen

Doch es geht auch anders: Bart Vos von der Universität Münster und sein Team haben ein Mikroskop entwickelt, das selbst Kinder bauen und benutzen können. Es besteht zudem aus Einzelteilen, die wenig kosten und nahezu überall verfügbar sind: Legosteinen. „Die einzigen nicht-Lego-Komponenten sind die beiden optischen Linsen“, erklären die Forscher. Diese können entweder aus einem Handy entnommen werden oder man bekommt sie für nur rund vier Euro im Handel.

Den Korpus des Mikroskops bildet ein turmartiger Bau aus normalen Legosteinen. Der Probentisch ist ein flaches Bauteil mit einer Lücke in der Mitte. Über ein seitliches Getriebe und einen Drehknopf ist der Tisch vertikal verstellbar. Für die Durchleuchtung der Probe sorgt ein Legostein mit integrierter LED. Weil diese standardmäßig orangefarben ist, muss sie gegen eine weiße LED ausgetauscht werden. „Das ist aber relativ simpel“, so die Forscher.

Objektivlinse aus einer Handykamera

Die entscheidende Komponenten des Mikroskops sind jedoch die optischen Bauteile – das Okular und das Objektiv. Für das Okular verwendet das Team Acryllinsen mit einer Brennweite von 102 Millimetern. Das Objektiv besteht aus der Kameralinse eines Smartphones. „Diese hochspezialisierten Plastiklinsen haben herausragende optische Eigenschaften und eignen sich daher gut für die hochauflösende Mikroskopie“, erklären Vos und sein Team.

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Um das Objektiv einzubauen, wird die Kameralinse mit transparentem Klebeband in einem Legostein mit Loch befestigt und mit einem Glasscheibchen abgedeckt. „Die von uns genutzte Kameralinse hat eine Brennweite von 3,85 Millimetern und eine numerische Apertur von 0,54“, so die Forscher. Für ein weniger stark vergrößerndes Mikroskop lasse sich aber auch eine einfache Glaslinse beispielsweise mit 26,5 Millimeter Brennweite verwenden. Nachdem auch das Objektiv in den Rahmen eingesetzt ist, ist das Mikroskop fertig.

224-fache Vergrößerung und hohe Auflösung

Wie gut das Mikroskop funktioniert, haben Vos und seine Kollegen mit verschiedenen Probenobjekten ausgetestet – von einer Wasserprobe aus dem Tümpel über ein Zwiebelhäutchen bis zu Salzkristallen und den Eiern eines Salzkrebschens. Es zeigte sich: Das Mikroskop mit der einfachen Glaslinse erreichte eine 27-fache Vergrößerung, die Variante mit der Linse aus der Handykamera dagegen eine 224-fache Vergrößerung – mehr als genug um feinste Zellstrukturen der Zwiebelhaut oder der Planktonorganismen in der Wasserprobe sichtbar zu machen.

Überraschend hoch war auch die Auflösung des Selbstbau-Mikroskops: Tests mit speziellen schwarz-weiß-Streifenmustern ergaben, dass die Kameralinsen-Variante Streifen bis zu einem Abstand von 0,78 Mikrometern voneinander trennen kann. Das liege nahe am Auflösungslimit für diese Rahmenbedingungen, so die Forscher. Mit dem schwächeren Objektiv erreichte das Mikroskop eine Auflösung von immerhin noch 4,3 Mikrometern.

Bauanleitung im Internet

Insgesamt kosten die Bauteile inklusive Lego und Linsen weniger als 100 Euro, wie die Wissenschaftler berichten. Die Konstruktion ist zudem so einfach, dass schon Kinder ab neun Jahren dieses Mikroskop zusammenbauen können. Eine Anleitung dafür und ein Schritt-für-Schritt-Video, das durch den Bauprozess führt und gleichzeitig die relevanten optischen Eigenschaften eines Mikroskops vermittelt, hat das Team ins Internet gestellt.

„Wir hoffen, dass dieses modulare Mikroskop in Klassenzimmern und zu Hause auf der ganzen Welt eingesetzt wird, um Kinder für die Wissenschaft zu begeistern und zu inspirieren“, sagt Koautor Timo Betz von der Universität Göttingen. „Wir haben gezeigt, dass wissenschaftliche Forschung nicht vom täglichen Leben getrennt sein muss. Sie kann aufschlussreich, lehrreich und lustig sein!“ (The Biophysicist, 2021; doi: 10.35459/tbp.2021.000191; Bauanleitung Github)

Quelle: Universität Göttingen

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