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. Kedua penemuan inilah yang merupakan dasar penciptaan mikroskop elektron.
Ernst Ruska (1906 – 1988) and Bodo von Borries
(1905 – 1956)
Seorang ilmuwan dari universitas
Berlin yaitu Dr. Ernst Ruska bersama rekannya, Bodo von Borries, 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).
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, namun adanya persyaratan bahwa obyek yang diamati harus setipis
mungkin, membuat sebagian peneliti tidak terpuaskan, terutama yang memiliki
obyek yang tidak dapat dibuat setipis mungkin. Dalam perkembangannya masalah
ini terpecahkan dengan ditemukannya sebuah alat yang disebut mikrotom.
Dengan alat ini spesimen bisa disayat dengan sangat tipis.
Pembuatan preparat
untuk mikroskop elektron
Agar pengamat
dapat mengamati preparat dengan baik, diperlukan persiapan sediaan preparat.
Prinsip penyediaan preparat untuk mikroskop elektron adalah sebagai berikut :
1.
Melakukan fiksasi : bertujuan untuk mematikan sel tanpa mengubah struktur
sel yang akan diamati. Fiksasi dapat dilakukan dengan menggunakan senyawa
glutaraldehida atau osmium tetroksida.
2.
Pembuatan sayatan : bertujuan untuk memotong spesimen 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. Hasilnya, 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.
Jenis-jenis mikroskop
elektron
Ada banyak macam mikroskop elektron dengan cara kerja yang
berbeda pula. Berikut ini adalah jenis mikroskop elektron yang biasa digunakan
saat ini.
Mikroskop pemindai transmisi elektron (STEM)
Scanning
Transmission Electron Microscopy (STEM) adalah
merupakan salah satu tipe yang merupakan hasil pengembangan dari Transmission
Electron Microscopy (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)
Scanning Electron Microscopy (SEM) digunakan untuk
mengamati detil permukaan sel atau struktur mikroskopik lainnya, dan dan mampu
menampilkan pengamatan obyek secara tiga dimensi.
Tidak diketahui secara persis siapa sebenarnya penemu
mikroskop pemindai elektron ini. Publikasi pertama kali yang mendiskripsikan
teori SEM adalah 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, Dr. James Hillier, dan Dr. Snijder, 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 ini memfokuskan
sinar elektron (electron
beam) di permukaan obyek dan mengambil gambarnya dengan mendeteksi elektron
yang muncul dari permukaan obyek.
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.
Mikroskop Elektron
Pemindai Lingkungan (ESEM)
Environmental
Scanning Electron Microscope (ESEM) ini merupakan pengembangan dari
SEM, yang dikembangkan guna mengatasi obyek pengamatan yang tidak memenuhi
syarat sebagai obyek TEM maupun SEM.
Obyek yang tidak memenuhi syarat seperti ini biasanya adalah
spesimen alami yang ingin diamati secara detil 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.
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 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 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) 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
dan gas lain. Namun, yang memberikan hasil gambar yang terbaik hanyalah uap
air. Untuk sample dengan karakteristik tertentu uap air kadang kurang
memberikan hasil yang maksimum.
Mikroskop refleksi
elektron (REM)
Reflection Electron Microscope (REM), adalah mikroskop elektron
yang memiliki cara kerja yang serupa 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, dan digunakan untuk melihat struktur mikro dari medan magnet.
Pembuatan film dengan
mikroskop ESEM
Dengan melakukan penambahan peralatan video maka pengamat dapat
melakukan pengamatan dengan mikroskop elektron 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 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.
