Techniklexikon

Mikroskopie, akustische

Laboratoriumsmethoden und -geräte, mikroskopisches Verfahren auf der Basis elastischer Ultraschallwellen (Rastermikroskop, akustisches). Auf Grund der gegenüber elektromagnetischen Wellen sehr viel geringeren Ausbreitungsgeschwindigkeit lassen sich mit Schallwellen sehr viel kleinere Wellenlängen erzeugen und so mikroskopische Abbildungen molekularer Dimensionen verwirklichen. Brechung, Beugung und Reflexion von Schallwellen folgen denselben Prinzipien wie elektromagnetische Wellen und können von daher formal mit den für Licht entwickelten Gleichungen beschrieben werden. Das Verhältnis von Reflexion und Transmission von Schallwellen ist dem von Lichtwellen an ebenen Grenzflächen analog und von den Ausbreitungsgeschwindigkeiten in den beiden Medien und dem Einfallswinkel abhängig. Bei der Anwendung von Ultraschallwellen für hochauflösende mikroskopische Abbildungen ist stets die Schalldämpfung als begrenzender Faktor zu berücksichtigen. Im Gegensatz zum Spektrum elektromagnetischer Wellen gibt es für die Transmission von Schallwellen durch Materie keine »Transmissionsfenster«. In allen Fällen nimmt die Dämpfung monoton mit dem Quadrat der Frequenz zu. Die Dämpfung von Ultraschall in Flüssigkeiten ist auf Grund der wesentlich geringeren Kompressibilität um etwa 5-6 Grössenordnungen geringer als in Gasen. Hierin liegt der Grund, warum in der akustischen Mikroskopie die Linse über eine Flüssigkeit an das Objekt angekoppelt werden muss.

Mikroskopische Abbildungen von Objekten mit Schall erfolgen meist durch Abtasten der Objekte (Scannen). Insbesondere in der Medizintechnik werden verschiedene Scantypen unterschieden. Beim sog. A-Scan wird das Echo eines Schallpulses zur y-Modulation eines Oszilloskops verwendet, dessen x-Ablenkung die Zeitachse darstellt. Durch diese Methode sind Dickenbestimmungen mehrlagiger Strukturen möglich. Diese Art von akustischer Mikroskopie findet auch Verwendung in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. Beim B-Scan wird die Stärke des Schallechos innerhalb eines bestimmten Zeitfensters der Intensität eines dargestellten Pixels zugeordnet. Durch Abrastern in zwei unabhängigen Richtungen ergibt sich ein bildhafter Eindruck des untersuchten Objektes. Die B-Scan-Methode ist die in der medizinischen Diagnostik am meisten verwandte Methode und dient der Abbildung innerer Organe oder Feten. Die in der reinen akustischen Mikroskopie übliche Methode ist der C-Scan, der dem B-Scan ohne Zeitdiskriminierung entspricht. Ein in der akustomikroskopischen Materialcharakterisierung häufig verwendetes Verfahren ist die Abbildung bei verschiedenen Fokuspositionen innerhalb einer Probe. Dieses Verfahren wird auch D-Scan genannt.