Benda terkecil apa yg pernah kita lihat..? rambut ? Ujung jarum ? Atau butiran debu ? Jika kita bisa menukarkan penglihatan kita dengan dengan penglihatan mikroskop terkuat di dunia, kita dapat melihat 100 juta kali hal-hal yg lebih kecil, misal : bakteri, virus, molekul, partikel, bahkan atom..mereka akan nampak begitu jelas dengan penglihatan mikroskop kita.
Mikroskop cahaya yg pada umumnya sering kita temukan dan sering digunakan di sekolah, kampus dan laboratorium sekolah sudah cukup baik untuk melihat obyek2 dengan tingkat kedetailan tertentu. Akan tetapi jika ingin lebih jelas lagi, melihat detail dari suatu obyek dan membawa kita menuju “dimensi-nano”, kita memerlukan mikroskop yg jauh lebih kuat dari sekedar mikroskop cahaya, yakni Mikroskop Elektron.
Kita bisa melihat dengan jelas benda2 di sekitar kita karena ada cahaya, misal dari matahari atau dari sumber cahaya lain, cahaya memantul lewat obyek2 yg disentuhnya dan kemudian ditangkap oleh mata kita. Tak ada satupun yg tahu tentang “apa sebenarnya cahaya itu?”, akan tetapi para ilmuwan memiliki definisi ganda untuk cahaya, mereka biasa menyebutnya dengan “wave-particle duality”, akan tetapi ide pokoknya bahkan lebih sederhana dari kedengarannya. Terkadang, cahaya bersifat seperti sebuah rangkaian gelombang, mirip seperti gelombang yg bergerak di lautan. Namun terkadang cahaya juga bertingkah seperti sebuah aliran partikel atau dengan kata lain mirip sebuah berondongan peluru meriam mikroskopis. Misal, kita bisa melihat dan membaca tulisan di layar komputer kita karena partikel cahaya mengalir melalui layar monitor menuju mata kita dengan massa tertentu. Kita bisa menyebut partikel-partikel individu dari cahaya ini sebagai Foton, yg mana masing2 foton adalah wujud dari sepaket kecil dari energi elektromagnetik.
Melihat dengan foton tentu tidak masalah, JIKA kita ingin melihat obyek2 yg lebih besar daripada foton itu sendiri. Tapi, jika kita ingin melihat hal-hal yg jauh lebih kecil lagi, foton menjadi tidak berguna lagi. Bayangkan saja, jika kita adalah seorang ahli pemahat kayu, dengan hasil karya kita sudah mendunia. Untuk memahat, mengukir dengan detail yg tinggi, kita jelas membutuhkan peralatan yg super tajam dan super kecil pula daripada pola / ukiran yg ingin kita buat. Jika kita memiliki peralatan seperti sekop, kapak, palu godam, tentu saja tidak mungkin bisa digunakan untuk memahat suatu perabotan dengan detail yg rumit bukan ? Jadi, pada dasarnya alat yg kita gunakan untuk memahat haruslah alat yg jauh lebih kecil dari obyek / pola yg akan kita pahat / ukir.
Seperti yg kita ketahui, elektron adalah partikel bermuatan yg berada di sisi luar atom, elektron juga partikel yg membawa muatan listrik pada sebuah sirkuit elektronik. Pada mikroskop elektron, sebuah aliran elektron digunakan untuk menggantikan cahaya dan membuat kita bisa melihat benda2 kecil.
Electron
Jika kita pernah mengggunakan mikroskop cahaya konvensional, kita akan mengetahui mekanisme kerjanya yg sederhana. Cahaya di bagian dasar menyinari ke atas melalui potongan spesimen yg ada pada kaca obyek. Dan kita melihatnya melalui lensa okuler untuk melihat hasil pembesaran obyek, biasanya pembesarannya sekitar 10-200 kali.
Hasil Gambar Pada Lapang pandang Mikroskop Cahaya Konvensional
Open
Ada 4 bagian inti pada mikroskop cahaya :
1. Sumber cahaya (Lampu / cermin)
2. Spesimen
3. Lensa obyektif (untuk pembesaran obyek)
4. Obyek yg diperbesar ukurannya untuk dilihat
Namun pada mikroskop elektron, keempat bagian ini sangat berbeda :
1. Sumber cahaya digantikan oleh sorotan / tembakan elektron berkecepatan tinggi
2. Spesimen yg akan diamati sebelumnya harus dipersiapkan secara khusus dan disimpan pada ruang hampa udara (karena elektron tidak bisa bergerak jauh dalam kondisi minim udara)
3. Lensa digantikan oleh semacam koil / gulungan elektromagnet yg akan dilalui oleh tembakan elektron
4. Gambar hasil pembesaran obyek berbentuk sebuah foto yg disebut “Electron Micrograph” atau mirip seperti gambar yg dihasilkan pada layar Televisi.
Ada beberapa jenis mikroskop elektron dan dengan mekanisme yg berbeda pula. Tiga tipe mikroskop elektron yg paling sering digunakan adalah : Transmission Electron Microscopes (TEMs), Scanning Electron Microscopes (SEMs) dan Scanning Tunneling Microscopes (STMs).
TRANSMISION ELECTRON MICROSCOPES (TEMs)
TEM memiliki banyak kesamaan dengan mikroskop cahaya konvensional, kita harus mempersiapkan potongan spesimen yg akan diamati dengan sangat hati-hati dan tempatkan pada ruangan hampa yg terdapat pada bagian tengah mikroskop. Jika sudah, tinggal kita tembakkan elektron pada spesimen melalui “electron gun” di bagian atas mikroskop. Meriam elektron ini menggunakan gulungan / kumparan elektromagnetik dan tegangan tinggi (biasanya dari 50.000 volt sampai beberapa juta volt) agar elektron bisa mencapai kecepatan tinggi dan sekali lagi, berkat “Wave-particle duality” dari elektron (yg mana normalnya kita menyebutnya partikel) bisa bersifat seperti gelombang (sama halnya seperti gelombang cahaya yg bisa bersifat seperti partikel).
Semakin cepat mereka berjalan, maka semakin kecil pula gelombang yg dihasilkan dan semakin detail pula gambar yg ditampilkan. Ketika telah mencapai kecepatan maksimal, elektron memperbesar spesimen dan keluar lewat sisi yg lain dimana sekumpulan kumparan elektromagnetik memfokuskan elektron untuk membentuk sebuah gambar pada layar (untuk pengamatan langsung) atau untuk membentuk sebuah gambar foto pada plat fotografi (untuk tujuan pengambilan gambar permanen). TEM adalah mikroskop elektron paling kuat, kita bisa menggunakannya untuk melihat obyek-obyek meski dengan ukuran hanya 1 nanometer, jadi, TEM secara efektif memperbesar obyek hingga jutaan kali bahkan lebih.
Sebuah TEM menembakkan elektron pada spesimen untuk menghasilkan obyek yg diperbesar, mekanisme nya :
Mekanisme TEM
1. Listrik dengan tegangan tinggi memberikan daya pada katoda
2. Katoda adalah filamen yg dipanaskan, mirip seperti penembak elektron pada tabung televisi tua (Catode Ray Tube). Ini menghasilkan tembakan elektron yg cara kerjanya sama dengan sorotan cahaya pada mikroskop konvensional.
3. Sebuah kumparan elektromagnetik (berperan sebagai lensa pertama), memfokuskan elektron menjadi tembakan yg lebih kuat lagi
4. Gulungan elektromagnet yg lainnya (lensa kedua), memfokuskan tembakan elektron pada bagian tertentu pada spesimen
5. Spesimen ditempatkan pada semacam kisi-kisi tembaga di tengah tabung mikroskop. Tembakan elektron menembus spesimen dan menghasilkan gambar.
6. Lensa proyektor (lensa ketiga) memperbesar hasil gambar
7. Gambar hasil bisa terlihat ketika tembakan elektron menyentuh layar pijar pada dasar mikroskop. Ini mirip dengan mekanisme kerja dari layar fosfor dari Televisi tabung klasik.
8. Gambar bisa ditampilkan langsung melalui binokuler di bagian samping atau melalui layar monitor yg mana membuat gambar lebih mudah untuk diamati.
Ebola Virus dalam lapang pandang TEM
Open
SCANNING ELECTRON MICROSCOPES (SEMs)
Jika kita pernah melihat hasil foto-foto obyek mikroskopis yg fantastis, amazing, yg sering kita jumpai di buku-buku, misal seperti kepala lebah yg membawa mikro chip di mulutnya, itu tidak dihasilkan oleh TEM namun dihasilkan oleh Scanning Electron Microscopes (SEMs), yg mana didesain untuk menciptakan gambar tampilan dari permukaan sebuah obyek yg sangat kecil. Dengan mekanisme kerja yg sama seperti TEM secara garis besar, namun bedanya, ketika tembakan elektron dilakukan melalui penembak elektron, elektron tidak bergerak mengaliri spesimen, namun justru memantul pada spesimen (disebut dengan elektron sekunder). Secara umum SEM 10 kali lebih lemah dari TEM ,jadi kita hanya bisa menggunakannya untuk melihat obyek2 dengan ukuran sekitar 10 nanometer. Kelebihan SEM adalah, dapat menghasilkan gambar 3D dengan begitu tajam (jika dibandingkan dengan TEM) dan spesimen yg dibutuhkan untuk SEM tidak terlalu memerlukan persiapan khusus.
SEM memindai sebuah tembakan elektron diatas spesimen untuk menghasilkan gambar yg diperbesar. Sangat berbeda dengan TEM dimana elektron bergerak langsung menembus spesimen. Mekanisme nya :
Mekanisme SEM
1. elektron ditembakkan dari tabung penembak (electron gun)
2. bagian utama mesin (tempat obyek dipindai) adalah ruangan hampa udara
3. elektroda bermuatan positif (anoda) menarik elektron dan mempercepatnya menjadi tembakan energi
4. sebuah kumparan elektromagnetik memfokuskan tembakan elektron
5. kumparan lainnya mengendalikan tembakan elektron dari sisi ke sisi
6. tembakan tersebut secara sistematis memindai penampang obyek yg akan diamati secara keseluruhan
7. Elektron dari tembakan menghantam permukaan obyek dan kemudian memantul
8. sebuah detektor mengumpulkan elektron yg bertebaran ini dan mengubahnya menjadi sebuah gambar
9. Sebuah gambar yg diperbesar jutaan kali dengan resolusi tinggi ditampilkan di layar monitor.
Helicobacter pylori dalam lapang pandang SEM
Open
SCANNING TUNNELING MICROSCOPES (STMs)
Diantara jajaran mikroskop elektron terbaru, STM ditemukan pada 1981. Berbeda dengan TEMs, yg menghasilkan gambar isi dari dalam sebuah material / preparat / spesimen dan SEM yg menghasilkan tampilan gambar 3D dari permukaan sebuah material / spesimen, STM didesain untuk membuat detail gambar dari atom atau molekul pada permukaan suatu benda misalnya kristal. Cara kerjanya berbeda dengan TEM dan SEM, STM memiliki semacam "probe" metalik yg memiliki ujung (tip) / (cantilever) dan memindai ke belakang dan ke depan dari keseluruhan area permukaan spesimen yg akan diamati.
Mekanisme STM
Sesuai dengan prinsip kerjanya, yaitu bekerja atas dasar kontrol lompatan arus listrik (tunnel current) antara sampel / obyek dan cantilever (tip) Jadi, elektron akan bergerak bergeliang menjauhi spesimen dan melompat menuju ruang kosong menuju cantilever, dengan fenomena yg tidak lazim yg disebut dengan "tunneling". Semakin dekat jarak antara probe dengan permukaan, maka semakin mudah juga elektron untuk melakukan tunneling, semakin banyak elektron yg terlepas menjauh, semakin besar juga tunneling yg dihasilkan. Mikroskop secara konstan menggerakkan probe ke atas atau ke bawah dengan jumlah sangat sedikit untuk menjaga agar besar tunneling yg dihasilkan stabil. Dengan merekam dan mencatat berapa kali probe telah bergerak, secara efektif sama dengan mengukur "puncak" dan "dasar" dari permukaan sebuah spesimen. Sebuah komputer digunakan untuk mengubah informasi ini menjadi sebuah peta dari spesimen tersebut dan menampilkan detail informasi dari struktur atomnya.
FOTO STRUKTUR ATOM HASIL JEPRETAN STM
Open
BONUS !
BEBERAPA FOTO HASIL JEPRETAN MIKROSKOP ELEKTRON
FOTO
REFERENCE
PENUTUP We are living in the Nano Dimension, surrounded by the amazing, magnificent and deadly creatures and worlds which is also a masterpiece of design by nature and it's a part of our evolution.
Labels:
Best Article,
Teknologi
