Cara Kerja Mikroskop dalam Pengamatan Objek Kecil, Ketahui Sejarah dan Jenis-Jenisnya

Liputan6.com, Jakarta Mikroskop merupakan salah satu alat penting dalam dunia pendidikan dan penelitian. Cara kerja mikroskop yang luar biasa, terutama memudahkan pekerjaan para peneliti untuk mengamati hal-hal kecil yang tak nampak oleh mata telanjang. Ya, mikroskop merupakan alat yang bisa digunakan untuk mengamati benda-benda kecil, bahkan sel.

Dilansir dari National Geographic, bayangan suatu benda diperbesar melalui setidaknya satu lensa di mikroskop. Lensa ini nantinya akan membelokkan cahaya ke arah sehingga objek tampak lebih besar daripada aslinya. Lensa menjadi bagian paling penting dalam sebuah mikroskop, bahkan mikroskop modern sekaligus. Ini karena melalui lensa mikroskop, bayangan suatu benda akan dapat diperbesar dan diamati secara mendetail.

Mikroskop dan cara kerja mikroskop itu sendiri telah ada lebih dari 2000 tahun yang lalu. Awalnya, orang menemukan bahwa bisa melihat bayangan benda kecil yang diperbesar dengan menggunakan “lensa” transparan dengan bentuk bulat. Akan tetapi, hal ini nyatanya tidak cukup untuk melihat detail dari banyak hal.

Kemudian, prototipe pertama dari modern mikroskop dan teleskop ditemukan ketika menjelang akhir abad ke-16. Lebih tepatnya, pada tahun 1590 mikroskop majemuk, yang terdiri dari setidaknya dua lensa ditemukan oleh pembuat kacamata Belanda Zacharias dan Hans Jansen.

Berdasarkan penemuan yang tidak disengaja ini, Janssen merancang dan merakit mikroskop senyawa pertama yang mencakup dua lensa cembung. Kemudian pada tahun 1665, dilansir dari jurnal milik Xiao Dong Chen dkk tahun 2011, saat mengamati spesimen kayu lunak menggunakan mikroskop, ilmuwan Inggris, Robert Hooke, secara mengejutkan menemukan bahwa spesimen itu menggambarkan rangkaian "elemen” yang unik yang kemudian disebut dengan sel.

Beberapa mikroskop paling awal juga dibuat oleh seorang Belanda bernama Antoine Van Leeuwenhoek. Mikroskop Leeuwenhoek merupakan bola kaca kecil yang dipasang di dalam bingkai logam. Mikroskopnya terkenal karena digunakan untuk mengamati mikroorganisme air tawar bersel tunggal "animalcules".

Pada dasarnya cara kerja mikroskop tetap sama hingga saat ini, hanya mikroskop terus dikembangkan untuk dapat bekerja lebih baik mengikuti kebutuhan zaman. Berikut liputan6.com ulas tentang cara kerja berbagai mikroskop dari jurnal milik Xaodong Chen dkk “Optical and Digital Microscopic Imaging Techniques and Applications in Pathology” dan berbagai sumber, Selasa (29/11/2022).

Inti cara kerja mikroskop adalah pada bagian lensa. National Geographic menyebutkan bahwa sementara beberapa mikroskop yang lebih tua hanya menggunakan satu lensa, mikroskop yang lebih modern telah menggunakan banyak lensa untuk memperbesar gambar.

Terdapat dua set lensa di kedua mikroskop majemuk dan mikroskop bedah. Kedua mikroskop ini memiliki lensa objektif, yang lebih dekat ke objek, dan lensa mata, yaitu lensa yang Anda lihat. Lensa okuler memperbesar objek  sepuluh kali terlihat lebih besar dari ukuran yang sebenarnya, sedangkan perbesaran lensa objektif dapat bervariasi.

Mikroskop majemuk mungkin mempunyai sampai empat lensa objektif dengan perbesaran berbeda dan mikroskop dapat disesuaikan untuk memilih perbesaran yang paling sesuai dengan kebutuhan. Perbesaran total yang diberikan kombinasi lensa tertentu ditentukan dengan mengalikan perbesaran lensa okuler dan lensa objektif yang digunakan.

Sedangkan, mikroskop bedah memberikan pembesaran yang lebih rendah daripada mikroskop majemuk, tetapi menghasilkan gambar tiga dimensi. Mikroskop majemuk biasanya digunakan untuk mengamati objek pada tingkat sel.

Tujuan dari lensa objektif adalah untuk memperbesar suatu objek sehingga dapat terlihat lebih jelas oleh pengguna. Ketika melakukan pengamatan, spesimen diletakkan dekat dengan bidang fokus lensa objektif di ruang objek dan bayangan nyata spesimen yang diperbesar pertama kali dibuat pada bidang perantara.

Bidang perantara terletak pada bidang fokus lensa mata, sehingga lensa mata berfungsi sebagai kaca pembesar untuk lebih memperbesar bayangan yang diproyeksikan pada bidang gambar perantara. Akhirnya, bayangan yang diperbesar, maya dan terbalik disediakan untuk pengamat.

Lensa objektif pada mikroskop yang dirancang dengan baik akan menentukan resolusi spasial. Meskipun lensa okuler juga bisa memperbesar bayangan, tetapi ini tidak dapat meningkatkan daya pisah mikroskop. Resolusi spasial mikroskop optik diketahui dengan persamaan Rayleigh, yaitu r0 = 0,62λ/n sin α (1).

R0 merupakan jarak resolusi minimum, λ merupakan panjang gelombang sumber cahaya dan n adalah indeks bias antara lensa dan objek, yang merupakan bukaan setengah sudut; setengah kemiringan lensa ke titik objektif, lalu n × sin() adalah bukaan numerik (NA) lensa objektif.

Sementara itu, dalam kasus sistem mikroskopis digital, bayangan yang diperbesar oleh lensa objektif didapatkan langsung oleh detektor elektronik seperti detektor CCD atau CMOS. Detektor elektronik dipilih sehingga jarak pikselnya lebih kecil dari jarak resolusi minimum yang diperbesar yang ditentukan oleh lensa objektif. Sehingga resolving power mikroskop tidak terdegradasi oleh detektor digital.

Berbagai jenis mikroskop telah banyak dikembangkan dan diterapkan dalam penggunaan yang berbeda. Akan tetapi, mikroskop sebenarnya dapat dibagi menjadi tiga kategori: (1) mikroskop optik, (2) mikroskop elektron dan (3) scanning tunnel microscopes (STM) atau mikroskop tunelling pemindaian berdasarkan sejarah perkembangan mikroskop.

1. Mikroskop Optik atau Mikroskop Cahaya

Dilansir dari Britannica, cara kerja mikroskop optik menggunakan lensa, yakni potongan kaca atau plastik melengkung yang membelokkan cahaya. Lebih lanjut, Xaodong Chen dkk menyebutkan bahwa mikroskop optik modern dapat memperbesar objek hingga 1500 kali dengan batas resolusi spasial 0,2 m. Terdapat beberapa macam mikroskop yang dibedakan berdasarkan kebutuhan penggunaan. Misalnya, berdasarkan metode pencahayaan, terdapat jenis mikroskop transmisi dan refleksi.

Pada mikroskop transmisi, cahaya melewati benda transparan, sedangkan pada mikroskop refleksi, sumber cahaya yang dipasang di bagian atas lensa mikroskopis menerangi objek yang tidak transparan dan cahaya yang dipantulkan dikumpulkan oleh lensa. Selain itu, mikroskop juga dapat dibedakan berdasarkan metode pengamatan, termasuk mikroskop medan terang, mikroskop medan gelap, mikroskop perbedaan fase, mikroskop cahaya terpolarisasi, mikroskop interferensi, dan mikroskop fluoresen.

Masing-masing mikroskop bisa menggunakan pendekatan transmisi atau refleksi. Dari semua jenis mikroskop tersebut, mikroskop medan terang merupakan yang paling terkenal dan banyak digunakan. Dengan menggunakan mikroskop ini, rasio transmisi (atau penyerapan) dan rasio refleksi dari beberapa objek yang diamati bervariasi sesuai dengan perubahan lingkungan kerja. Amplitudo benda-benda tersebut beragam dengan perubahan intensitas pencahayaan. Akan tetapi, objek transparan yang tak berwarna hanya akan terlihat ketika fase cahaya yang disinari berubah. Sementara itu, mikroskop medan terang tidak dapat mengubah fase cahaya, sehingga, spesimen transparan yang tidak berwarna tidak terlihat saat menggunakan mikroskop jenis ini.

2. Mikroskop Elektron

Dilansir dari Brittanica, cara kerja mikroskop elektron berkaitan dengan kegiatan melihat benda-benda kecil, seperti beberapa struktur biologis dan/atau struktur atom sel lebih dekat. Mikroskop ini memakai sinar elektron untuk menggantikan cahaya dalam memperbesar objek. Elektron merupakan beberapa artikel yang membentuk atom. Berkas elektron tidak bisa bergerak jauh di udara. Objek harus diletakkan di ruang hampa tanpa udara sebelum dilihat dengan mikroskop elektron.

Resolusi mikroskop elektron biasanya diwakili oleh jarak kecil dari dua titik yang berdekatan dan dapat dibedakan. Pada tahun 1970-an, mikroskop elektron transmisi dapat mencapai resolusi 0,3 nm, sedangkan batas resolusi mata manusia sekitar 0,1 mm.

Berbeda dengan mikroskop optik yang memiliki daya perbesaran maksimum hanya beberapa ribu kali, cara kerja mikroskop elektron modern dapat meningkatkan daya perbesaran maksimum hingga lebih dari 300 juta kali.

Akan tetapi, meskipun memiliki resolusi spasial yang unggul dibandingkan mikroskop optik, mikroskop elektron yang harus bekerja di lingkungan vakum menjadi hal yang disayangkan. Ini karena mereka tidak bisa dipakai untuk mengamati sampel biologi hidup. Berkas elektron juga mampu merusak spesimen yang diterangi.

3. Scanning Tunnel Microscopes (STM)

Mikroskop Tunelling Pemindaian (STM) merupakan mikroskop yang digunakan untuk mendeteksi struktur permukaan objek berdasarkan efek terowongan mekanika kuantum. Cara kerja mikroskop yang satu ini menggunakan ujung yang sangat tipis (dalam unit atom di kepalanya) untuk mendeteksi permukaan sampel.

Karena ujungnya sangat dekat dengan permukaan sampel (<1 nm), atom di kepala ujung tumpang tindih dengan awan elektron-elektron di permukaan sampel. Jika tegangan bias diterapkan antara ujung dan sampel, elektron akan melewati penghalang antara ujung dan sampel untuk menghasilkan arus terowongan dalam urutan nano-ampere (10−9 A).

Dengan mengendalikan jarak antara ujung dan permukaan sampel serta secara akurat menggerakkan ujung di sepanjang permukaan sampel dalam tiga dimensi, detektor dapat merekam data yang terkait dengan morfologi permukaan, keadaan permukaan elektronik, dan informasi permukaan sampel lain yang relevan. STM memiliki kemampuan yang luar biasa untuk sampai pada resolusi spasial kurang dari 0,1 nm dalam arah horizontal dan kurang dari 0,001 nm dalam arah vertikal.

STM memungkinkan para ilmuwan untuk mendapatkan atom tunggal dan mengamati status atom dan molekul dalam bahan konduktif dan struktur permukaan. Oleh karena itu, STM mendapatkan resolusi spasial yang jauh lebih tinggi daripada mikroskop atom serupa lainnya.Cara kerja mikroskop tunelling pemindaian, termasuk dapat menggunakan ujung jarum probe untuk memanipulasi atom secara akurat di bawah lingkungan bersuhu rendah. Ini yang memungkinkan STM digunakan sebagai alat pengukuran dan proses dalam teknologi nanometer.

Salah satu ciri unik dari STM adalah untuk pertama kalinya, seseorang dapat mengamati status permutasi atom di permukaan objek dan ciri kimia fisika terkait elektron di permukaan. Penemuan STM dianggap oleh komunitas ilmiah internasional sebagai salah satu dari sepuluh pencapaian terpenting sains dan teknologi. pada 1980-an.

Peningkatan resolusi mikroskop telah menjadi tujuan yang dikejar secara aktif di bidang pencitraan mikroskopis. Dengan menggunakan tiga jenis mikroskop ini, seseorang mampu melakukan pengamatan terhadap sel biologis dan mikroorganisme dengan mikroskop optik, mengamati virus menggunakan mikroskop elektron dan mendeteksi atau memvisualisasikan atom dengan mikroskop tunneling pemindaian.

4. Mikroskop Fluoresensi

Cara kerja mikroskop fluoresensi pada dasarnya dapat dikategorikan sebagai cabang dari mikroskop optik. Akan tetapi, mikroskop yang satu ini mempunyai banyak generasi gambar yang unik dan karakteristik aplikasi dalam bidang penelitian pencitraan biomedis.

Mikroskop fluoresensi memanfaatkan cahaya gelombang pendek untuk menerangi spesimen yang diperiksa dan membuat objek tertentu di dalam spesimen memancarkan cahaya neon. Berdasarkan cahaya neon yang diterima, seseorang dapat mengamati bentuk dan lokasi objek target.

Perbedaan mikroskop fluoresensi dengan mikroskop optik konvensional adalah bahwa mikroskop fluoresensi menggunakan lampu merkuri bertegangan tinggi untuk memberikan penerangan ke semua pita cahaya, lalu menggunakan metode proyeksi di mana cahaya diproyeksikan ke spesimen.

Mikroskop fluoresen juga memiliki sistem penyaringan khusus, termasuk perakitan filter iluminasi dan filter cut-off. Mikroskop fluoresen modern biasanya disusun berdasarkan struktur mikroskop optik dupleks.

Reporter magang : Friska Nur Cahyani