Mikroskop
elektron adalah sebuah mikroskop
yang mampu untuk melakukan pembesaran objek sampai 2 juta kali, yang
menggunakan elektro statik dan elektro magnetik untuk
mengontrol pencahayaan dan tampilan gambar serta memiliki kemampuan pembesaran
objek serta resolusi yang jauh lebih bagus daripada mikroskop
cahaya. Mikroskop elektron ini menggunakan jauh lebih banyak energi dan radiasi
elektromagnetik yang lebih pendek dibandingkan mikroskop cahaya.
Fenomena elektron
Pada tahun 1920
ditemukan suatu fenomena di mana elektron yang dipercepat dalam suatu kolom
[elektromagnet], dalam suasana hampa udara (vakum) berkarakter seperti cahaya,
dengan panjang gelombang yang 100.000 kali lebih kecil dari cahaya. Selanjutnya
ditemukan juga bahwa medan listrik dan medan magnet
dapat berperan sebagai lensa dan cermin seperti pada lensa gelas dalam
mikroskop cahaya.
Jenis-jenis mikroskop elektron
Mikroskop transmisi elektron (TEM)
Mikroskop transmisi elektron (Transmission electron
microscope-TEM)adalah sebuah mikroskop elektron yang cara kerjanya mirip dengan
cara kerja proyektor slide, di mana
elektron ditembuskan ke dalam obyek pengamatan dan pengamat mengamati hasil
tembusannya pada layar.
Sejarah penemuan
Seorang ilmuwan dari universitas Indonesia
yaitu Dr. Andhika Ega Sapari
menggabungkan penemuan ini dan membangun mikroskop transmisi
elektron (TEM) yang pertama pada tahun 1931. Untuk hasil karyanya
ini maka dunia ilmu pengetahuan menganugerahinya hadiah Penghargaan
Nobel dalam fisika pada tahun 1986. Mikroskop yang
pertama kali diciptakannya adalah dengan menggunakan dua lensa medan magnet,
namun tiga tahun kemudian ia menyempurnakan karyanya tersebut dengan
menambahkan lensa ketiga dan mendemonstrasikan kinerjanya yang menghasilkan
resolusi hingga 100 nanometer (nm) (dua kali lebih baik dari mikroskop cahaya pada
masa itu).
Cara kerja
Mikroskop transmisi eletron saat ini telah mengalami peningkatan
kinerja hingga mampu menghasilkan resolusi hingga 0,1 nm (atau 1 angstrom)
atau sama dengan pembesaran sampai satu juta kali. Meskipun banyak
bidang-bidang ilmu pengetahuan yang berkembang pesat dengan bantuan mikroskop
transmisi elektron ini.
Adanya persyaratan bahwa "obyek pengamatan harus setipis
mungkin" ini kembali membuat sebagian peneliti tidak terpuaskan, terutama
yang memiliki obyek yang tidak dapat dengan serta merta dipertipis. Karena itu
pengembangan metode baru mikroskop elektron terus dilakukan.
Preparasi sediaan
Agar pengamat dapat mengamati preparat dengan baik, diperlukan
persiapan sediaan dengan tahap sebagai berikut : 1. melakukan fiksasi,
yang bertujuan untuk mematikan sel tanpa mengubah struktur sel yang akan
diamati. fiksasi dapat dilakukan dengan menggunakan senyawa glutaraldehida atau
osmium tetroksida. 2. pembuatan sayatan, yang bertujuan untuk memotong sayatan
hingga setipis mungkin agar mudah diamati di bawah mikroskop. Preparat dilapisi
dengan monomer resin melalui proses pemanasan, kemudian dilanjutkan dengan
pemotongan menggunakan mikrotom. Umumnya mata pisau mikrotom terbuat dari
berlian karena berlian tersusun dari atom karbon yang padat. Oleh karena itu,
sayatan yang terbentuk lebih rapi. Sayatan yang telah terbentuk diletakkan di
atas cincin berpetak untuk diamati. 3. pelapisan/pewarnaan, bertujuan untuk
memperbesar kontras antara preparat yang akan diamati dengan lingkungan
sekitarnya. Pelapisan/pewarnaan dapat menggunakan logam berat seperti uranium
dan timbal.
Mikroskop pemindai transmisi elektron (STEM)
Mikroskop pemindai transmisi elektron (STEM)adalah merupakan
salah satu tipe yang merupakan hasil pengembangan dari mikroskop transmisi
elektron (TEM).
Pada sistem STEM ini, electron menembus spesimen namun
sebagaimana halnya dengan cara kerja SEM, optik elektron terfokus langsung pada
sudut yang sempit dengan memindai obyek menggunakan pola pemindaian dimana
obyek tersebut dipindai dari satu sisi ke sisi lainnya (raster) yang
menghasilkan lajur-lajur titik (dots)yang membentuk gambar seperti yang
dihasilkan oleh CRT
pada televisi
/ monitor.
Mikroskop pemindai elektron (SEM)
Mikroskop pemindai elektron (SEM) yang digunakan untuk studi
detail arsitektur permukaan sel
(atau struktur jasad renik lainnya), dan obyek diamati secara tiga dimensi.
Sejarah penemuan
Tidak diketahui secara persis siapa sebenarnya penemu Mikroskop
pemindai elektron (Scanning Electron Microscope-SEM) ini. Publikasi pertama
kali yang mendiskripsikan teori SEM dilakukan oleh fisikawan Jerman dR. Max Knoll pada 1935, meskipun fisikawan
Jerman lainnya Dr. Manfred von Ardenne
mengklaim dirinya telah melakukan penelitian suatu fenomena yang kemudian
disebut SEM hingga tahun 1937.
Mungkin karena itu, tidak satu pun dari keduanya mendapatkan hadiah nobel untuk
penemuan itu.
Pada 1942
tiga orang ilmuwan Amerika yaitu Dr. Vladimir Kosma Zworykin[2],
Dr. James Hillier, dan Dr. Snijder, benar-benar membangun sebuah
mikroskop elektron metode pemindaian (SEM) dengan resolusi hingga 50 nm atau
magnifikasi 8.000 kali. Sebagai perbandingan SEM modern sekarang ini mempunyai
resolusi hingga 1 nm atau pembesaran 400.000 kali. Mikroskop elektron cara ini
memfokuskan sinar elektron (electron beam) di permukaan obyek dan mengambil
gambarnya dengan mendeteksi elektron yang muncul dari permukaan obyek.
Cara kerja
Cara terbentuknya gambar pada SEM berbeda dengan apa yang
terjadi pada mikroskop optic dan TEM. Pada SEM, gambar dibuat berdasarkan
deteksi elektron baru (elektron sekunder) atau elektron pantul yang muncul dari
permukaan sampel ketika permukaan sampel tersebut dipindai dengan sinar
elektron. Elektron sekunder atau elektron pantul yang terdeteksi selanjutnya
diperkuat sinyalnya, kemudian besar amplitudonya ditampilkan dalam gradasi
gelap-terang pada layar monitor CRT
(cathode ray tube). Di layar CRT inilah gambar struktur obyek yang sudah
diperbesar bisa dilihat. Pada proses operasinya, SEM tidak memerlukan sampel
yang ditipiskan, sehingga bisa digunakan untuk melihat obyek dari sudut pandang
3 dimensi.
Preparasi sediaan
Agar pengamat dapat mengamati preparat dengan baik, diperlukan
persiapan sediaan dengan tahap sebagai berikut : 1. melakukan fiksasi,
yang bertujuan untuk mematikan sel tanpa mengubah struktur sel yang akan
diamati. fiksasi dapat dilakukan dengan menggunakan senyawa glutaraldehida atau
osmium tetroksida. 2. dehidrasi, yang bertujuan untuk memperendah kadar air
dalam sayatan sehingga tidak mengganggu proses pengamatan. 3.
pelapisan/pewarnaan, bertujuan untuk memperbesar kontras antara preparat yang
akan diamati dengan lingkungan sekitarnya. Pelapisan/pewarnaan dapat
menggunakan logam mulia seperti emas dan platina.
Mikroskop pemindai lingkungan elektron (ESEM)
Mikroskop ini adalah merupakan pengembangan dari SEM, yang dalam
bahasa Inggrisnya disebut Environmental SEM (ESEM) yang dikembangkan
guna mengatasi obyek pengamatan yang tidak memenuhi syarat sebagai obyek TEM
maupun SEM.
Obyek yang tidak memenuhi syarat seperti ini biasanya adalah
bahan alami yang ingin diamati secara detail tanpa merusak atau menambah
perlakuan yang tidak perlu terhadap obyek yang apabila menggunakat alat SEM
konvensional perlu ditambahkan beberapa trik yang memungkinkan hal tersebut
bisa terlaksana.
Sejarah penemuan
Teknologi ESEM ini dirintis oleh Gerasimos D. Danilatos, seorang
kelahiran Yunani
yang bermigrasi
ke Australia
pada akhir tahun 1972
dan memperoleh gelar Ph.D
dari Universitas New South Wales (UNSW) pada
tahun 1977 dengan judul disertasi Dynamic Mechanical Properties of Keratin Fibres
.
Dr. Danilatos ini dikenal sebagai pionir dari teknologi ESEM, yang merupakan
suatu inovasi besar bagi dunia mikroskop elektron serta merupakan kemajuan
fundamental dari ilmu mikroskopi.
Deengan teknologi ESEM ini maka dimungkinkan bagi seorang
peneliti untuk meneliti sebuah objek yang berada pada lingkungan yang
menyerupai gas yang betekanan rendah (low-pressure gaseous environments)
misalnya pada 10-50 Torr
serta tingkat humiditas diatas 100%.
Dalam arti kata lain ESEM ini memungkinkan dilakukannya penelitian obyek baik
dalam keadaan kering maupun basah.
Sebuah perusahaan di Boston yaitu
Electro Scan Corporation pada tahun 1988 ( perusahaan ini diambil alih oleh
Philips pada tahun 1996- sekarang bernama FEI Company [3]
telah menemukan suatu cara guna menangkap elektron dari obyek untuk mendapatkan
gambar dan memproduksi muatan positif dengan cara mendesain sebuah detektor
yang dapat menangkap elektron dari suatu obyek dalam suasana tidak vakum
sekaligus menjadi produsen ion positif yang akan dihantarkan oleh gas dalam
ruang obyek ke permukaan obyek. Beberapa jenis gas telah dicoba untuk menguji
teori ini, di antaranya adalah beberapa gas ideal, gas , dan lain lain.
Namun, yang memberikan hasil gambar yang terbaik hanyalah uap air.
Untuk sample dengan karakteristik tertentu uap air kadang kurang memberikan
hasil yang maksimum.
Pada beberapa tahun terakhir ini peralatan ESEM mulai dipasarkan
oleh para produsennya dengan mengiklankan gambar-gambar jasad renik
dalam keadaan hidup yang selama ini tidak dapat terlihat dengan mikroskop
elektron.
Cara kerja
Pertama-tama dilakukan suatu upaya untuk menghilangkan
penumpukan elektron (charging) di permukaan obyek, dengan membuat
suasana dalam ruang sample tidak vakum tetapi diisi dengan sedikit gas yang
akan mengantarkan muatan positif ke permukaan obyek, sehingga penumpukan
elektron dapat dihindari.
Hal ini menimbulkan masalah karena kolom tempat elektron
dipercepat dan ruang filamen di mana elektron yang dihasilkan
memerlukan tingkat vakum
yang tinggi. Permasalahan ini dapat diselesaikan dengan memisahkan sistem pompa
vakum ruang obyek dan ruang kolom serta filamen, dengan menggunakan sistem
pompa untuk masing-masing ruang. Di antaranya kemudian dipasang satu atau lebih
piringan logam platina
yang biasa disebut (aperture) berlubang dengan diameter antara 200 hingga 500 mikrometer
yang digunakan hanya untuk melewatkan elektron , sementara tingkat kevakuman
yang berbeda dari tiap ruangan tetap terjaga.
Tipe-tipe pengembangan
Mikroskop refleksi elektron (REM)
Yang dalam bahasa Inggrisnya disebut Reflection electron
microscope (REM), adalah mikroskop elektron yang memiliki cara kerja yang
serupa sebagaimana halnya dengan cara kerja TEM namun sistem ini menggunakan
deteksi pantulan elektron pada permukaan objek. Tehnik ini secara khusus
digunakan dengan menggabungkannya dengan tehnik Refleksi difraksi elektron energi
tinggi (Reflection High Energy Electron Diffraction) dan tehnik Refleksi
pelepasan spektrum energi tinggi (reflection high-energy loss spectrum -
RHELS)
Spin-Polarized Low-Energy Electron Microscopy (SPLEEM)
Spin-Polarized Low-Energy Electron Microscopy (SPLEEM) ini adalah merupakan Variasi lain yang dikembangkan
dari teknik yang sudah ada sebelumnya, yang digunakan untuk melihat struktur
mikro dari medan magnet (en:magnetic domains).
Teknik pembuatan preparat yang digunakan pada mikroskop elektron
Materi yang akan dijadikan objek pemantauan dengan menggunakan
mikroskop elektron ini harus diproses sedemikian rupa sehingga menghasilkan
suatu sampel yang memenuhi syarat untuk dapat digunakan sebagai preparat pada
mikroskop elektron.
Teknik yang digunakan dalam pembuatan preparat ada berbagai
macam tergantung pada spesimen dan penelitian yang dibutuhkan, antara
lain :
- Kriofiksasi yaitu suatu metode persiapan dengan menggunakan teknik pembekuan spesimen dengan cepat yang menggunakan nitrogen cair ataupun helium cair, dimana air yang ada akan membentuk kristal-kristal yang menyerupai kaca. Suatu bidang ilmu yang disebut mikroskopi cryo-elektron (cryo-electron microscopy) telah dikembangkan berdasarkan tehnik ini. Dengan pengembangan dari Mikroskopi cryo-elektron dari potongan menyerupai kaca (vitreous) atau disebut cryo-electron microscopy of vitreous sections (CEMOVIS), maka sekarang telah dimungkinkan untuk melakukan penelitian secara virtual terhadap specimen biologi dalam keadaan aslinya.
- Fiksasi - yaitu suatu metode persiapan untuk menyiapkan suatu sampel agar tampak realistik (seperti kenyataannya ) dengan menggunakan glutaraldehid dan osmium tetroksida.
- Dehidrasi - yaitu suatu metode persiapan dengan cara menggantikan air dengan bahan pelarut organik seperti misalnya ethanol atau aceton.
- Penanaman (Embedding) - yaitu suatu metode persiapan dengan cara menginfiltrasi jaringan dengan resin seperti misalnya araldit atau epoksi untuk pemisahan bagian.
- Pembelahan (Sectioning)- yaitu suatu metode persiapan untuk mendapatkan potongan tipis dari spesimen sehingga menjadikannya semi transparan terhadap elektron. Pemotongan ini bisa dilakukan dengan ultramicrotome dengan menggunakan pisau berlian untuk menghasilkan potongan yang tipis sekali. Pisau kaca juga biasa digunakan oleh karena harganya lebih murah.
- Pewarnaan (Staining) - yaitu suatu metode persiapan dengan menggunakan metal berat seperti timah, uranium, atau tungsten untuk menguraikan elektron gambar sehingga menghasilkan kontras antara struktur yang berlainan di mana khususnya materi biologikal banyak yang warnanya nyaris transparan terhadap elektron (objek fase lemah).
- Pembekuan fraktur (Freeze-fracture) - yaitu suatu metode persiapan yang biasanya digunakan untuk menguji membran lipid. Jaringan atau sel segar didinginkan dengan cepat (cryofixed) kemudian dipatah-patahkan atau dengan menggunakan microtome sewaktu masih berada dalam keadaan suhu nitrogen ( hingga mencapai -100% Celsius).
Patahan beku tersebut lalu diuapi dengan uap platinum atau emas
dengan sudut 45 derajat pada sebuah alat evaporator en:evaporator
tekanan tinggi.
- Ion Beam Milling - yaitu suatu metode mempersiapkan sebuah sampel hingga menjadi transparan terhadap elektron dengan menggunakan cara pembakaran ion( biasanya digunakan argon) pada permukaan dari suatu sudut hingga memercikkan material dari permukaannya. Kategori yang lebih rendah dari metode Ion Beam Milling ini adalah metode berikutnya adalah metode Focused ion beam milling, dimana galium ion digunakan untuk menghasilkan selaput elektron transparan pada suatu bagian spesifik pada sampel.
- Pelapisan konduktif (Conductive Coating) - yaitu suatu metode mempersiapkan lapisan ultra tipis dari suatu material electrically-conducting . Ini dilakukan untuk mencegah terjadinya akumulasi dari medan elektrik statis pada spesimen sehubungan dengan elektron irradiasi sewaktu proses penggambaran sampel. Beberapa bahan pelapis termasuk emas, palladium (emas putih), platinum, tungsten, graphite dan lain-lain, secara khusus sangatlah penting bagi penelitian spesimen dengan SEM.
Pembuatan film dengan mikroskop ESEM
Dengan melakukan penambahan peralatan video maka pengamat dapat
melakukan pengamatan secara terus menerus pada obyek yang hidup.
Sebuah perusahaan film
dari Perancis
bahkan berhasil merekam kehidupan makhluk kecil dan memfilmkannya secara nyata.
Dari beberapa film yang dibuat, film berjudul Cannibal Mites memenangkan
beberapa penghargaan di antaranya Edutainment award (Jepang 1999), Best
scientific photography award
(Perancis 1999), dan Grand prix-best popular and informative scientific film
(Perancis 1999). Film ini ditayangkan juga di stasiun televisi Zweites
Deutsches Fernsehen (en:ZDF) Jerman, Discovery
Channel di AS dan Britania Raya. Kini perusahaan yang sama tengah
menggarap film seri berjudul "Fly Wars" yang
rata-rata memakai sekitar lima menit pengambilan gambar dengan ESEM, pada film
tersebut dapat dilihat dengan detail setiap lembar bulu yang dimiliki lalat
dalam pertempurannya.
0 komentar:
Posting Komentar