Schall dringt tiefer als Licht. Schon lange nutzen Techniker die Vorteile der tiefreichenden Schallwellen in der Materialprüfung von undurchsichtigen Werkstücken. Und immer mehr Ärzte setzen Ultraschall als Diagnosehilfe ein.

In den Vereinigten Staaten wurden nun auch Ultraschallmikroskope entwickelt. Sie arbeiten mit Schallwellen im Bereich von 100 Megahertz bis 3000 Megahertz (ein Megahertz entspricht einer Million Schwingungen pro Sekunde) und erreichen dieselbe Auflösung wie herkömmliche Lichtmikroskope. Optisch undurchsichtige Gegenstände lassen sich damit ebenso durchleuchten wie mit Röntgenstrahlen, aber das Bild zeigt einen viel größeren Detailreichtum. Weder müssen die Untersuchungsobjekte gefärbt werden, noch muß man ihnen, wie es für die Elektronenmikroskopie notwendig ist, im Vakuum das Wasser entziehen und dabei Strukturänderungen durch die Trocknung in Kauf nehmen. Die Ultraschallmikroskope eignen sich daher besonders gut zur Untersuchung lebenden Gewebes.

Das Herz des Ultraschall-Rastermikroskops, das Forscher der amerikanischen Stanford-Universität entwickelt haben, bildet ein Saphirstab, dessen obere Fläche plan, dessen unteres Ende hingegen linsenförmig geschliffen ist. Eine dünne Zinkoxid-Schicht, die elektromagnetische Schwingungen in Schall umformt, überzieht die ebene Fläche. Das linsenförmige untere Ende fokussiert den Schall dann punktförmig auf den Untersuchungsgegenstand, der auf einem sogenannten Objektträger liegt. Während der Objektträger hin- und herfährt, tastet der Schallpunkt die Struktur der Probe Zeile für Zeile ab. Dabei durchdringen die Schallwellen das Objekt und werden von einem zweiten gleichartigen Stab wieder aufgefangen. Der Empfängerstab verwandelt die Schallsignale in Stromschwankungen, die verstärkt werden und dann auf einem Monitor als Bild erscheinen. Das Gerät kann auch als „Auflichtmikroskop“ arbeiten. Dann werden die Schallwellen, nach dem Radarprinzip, in Impulsen abgestrahlt, wobei derselbe Saphirstab in den Pausen die Echos wieder auffängt.

Einen anderen Weg beschritt die Firma Sonoscan aus Bensenville im US-Bundesstaat Illinois. Der Saphirstab ihres Laser-Ultraschallrastermikroskops namens SLAM ist auch am unteren Ende eben und durchstrahlt das Untersuchungsobjekt gleichmäßig mit Schall. Dafür ist der Objektträger halbverspiegelt. Die Schallwellen zeichnen, nachdem sie das Objekt passiert haben, ein Muster von Vibrationen auf die Spiegelschicht, eine Art Schattenbild. Dieser Schall-Schatten wird zeilenweise mit einem Laser-Lichtpunkt abgetastet und das reflektierte Licht auf dem Fernsehschirm sichtbar gemacht. Gleichzeitig entsteht ein optisches Bild, das, von einem Lichtdetektor aufgenommen, auf einem zweiten Schirm erscheint.

Zur Zeit existieren nur wenige Geräte dieses Typs, und die wenigen Laboratorien, die ein solches 150 000 Mark teures Forschungsinstrument besitzen, werden mit Aufträgen überhäuft. Besonders die Halbleiterhersteller stehen Schlange, um ihre Mikro-Chips, die Bausteine der Computer, auf Fehler und Struktur untersuchen zu lassen oder Bilder vom Innern eines Halbleiterkristalls zu gewinnen.

Interessanter aber sind die ersten Erfolge der Biologen und Mediziner. So gelang es einem Forscher, ein lebendes Mäuseherz per Ultraschallmikroskop in Funktion zu beobachten. Die Arbeit der Herzklappen zeichnete sich auf dem Schirm des Gerätes ebenso gut ab wie der Kontraktionsablauf im Herzmuskel und die Weiterleitung eines Nervenreizes. Die neuen Geräte ermöglichen noch mehr: Gesunde Herzbezirke lassen sich von infarktgeschädigten unterscheiden, junge Blutkörperchen von alten, teilungsbereite Zellen ebenso sicher identifizieren wie Krebszellen.

Rainer Köthe