Mikroskop 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 terdapat elektron seperti pada lensa gelas dalam mikroskop cahaya.

Mikroskop elektron metode transmisi elektron

Seorang ilmuwan dari universitas Berlin yaitu Dr Ernst Ruska menggabungkan penemuan ini dan membangun TEM (Transmission electron microscope/ mikroskop elektron metode transmisi elektron) yang pertama pada tahun 1931. Untuk hasil karyanya ini maka dunia ilmu pemngetahuan menganugerahinya hadiah Nobel 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 nm (dua kali lebih baik dari mikroskop cahaya pada masa itu).

Mikroskop eletron metode transmisi elektron 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 elektron metode ini. Adanya persyaratan "agar obyek pengamatan 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.

Mikroskop elektron metode pemindaian

Tidak diketahui secara persis siapa sebenarnya penemu Mikroskop elektron metode pemindaian Scanning (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 Zworykin, Dr 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 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 discan 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 menggunakan metode pemindaian lingkungannya

Yang dalam bahasa Inggris disebut Environmental SEM (ESEM) yang dikembangkan guna mengatasi obyek pengamatan yang tidak memenuhi syarat sebagai obyek TEM maupun SEM. Obyek seperti ini biasanya adalah bahan 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.

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 kawat pijar (filament) (di mana elektron dihasilkan) memerlukan tingkat hampa udara yang tinggi. Permasalahan ini dapat diselesaikan dengan memisahkan sistem pompa hampa udara ruang obyek dan ruang kolom serta ruang kawat pijar (filament), dengan menggunakan sistem pompa untuk masing-masing ruang. Di antaranya kemudian dipasang satu atau lebih piringan logam platina berlubang dengan diameter antara 200 hingga 500 mikrometer yang digunakan hanya untuk melewatkan elektron (platina ini biasa disebut aperture), sementara tingkat hampa udara yang berbeda dari tiap ruangan tetap terjaga.

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, gas He,Ne, 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.

Film kehidupan nyata

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 ZDF ( 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.

• (Indonesia) Berita IPTEK
• (Indonesia)Electron microscope
• (Inggris)Scanning electron microscope
• (Inggris)The early history and development of SEM from Cambridge University engineering department
• (Inggris)Getty conservation institute
• Contoh foto bakteri pada ayam dengan menggunakan ESEM
• (Inggris)[http://www.shu.ac.uk/research/meri/e-news/issue4/technique.html/ Environmental scanning electron microscope technique