Mikroskop

Mikroskop atau teropong tuma (serapan dari bahasa Belanda: microscoop) adalah alat laboratorium yang digunakan untuk mengamati benda yang sangat kecil dan benda yang tidak tampak oleh indra penglihatan secara langsung. Ukuran bayangan atau gambar yang dihasilkan oleh mikroskop dapat mencapai jutaan kali ukuran benda aslinya. Perbesaran yang dihasilkan oleh mikroskop bergantung pada jenis mikroskop yang digunakan. Jenis-jenis mikroskop dapat dikelompokkan dengan berbagai kategori. Salah satu caranya adalah melalui metode yang digunakan oleh instrumen tersebut untuk berinteraksi dengan sampel dan menghasilkan gambar. Contohnya dengan mengirimkan seberkas cahaya atau elektron melalui sampel di jalur optik, dan mendeteksi emisi foton dari sampel tersebut untuk membentuk bayangan atau gambar, ataupun dengan memindai permukaan sampel dengan jarak pendek menggunakan probe. Dua jenis mikroskop yang sering digunakan ialah mikroskop optik (sering kali disebut juga sebagai mikroskop cahaya) dan mikroskop elektron. Ilmu yang mempelajari benda kecil dengan menggunakan mikroskop disebut mikroskopi.
Manfaat dari penggunaan mikroskop yaitu mampu mengukur benda-benda yang tidak dapat terukur dengan ketelitian tinggi oleh alat ukur konvensional, seperti bakteri, virus, sel darah dan sel-sel tubuh makhluk hidup. Mikroskop memiliki skala ukur yang dapat berimpit dengan bayangan benda sehingga ukuran benda dapat diketahui dengan pasti.
Objek-objek yang menyerupai lensa tercatat berasal dari 4.000 tahun yang lalu, dimana catatan Yunani mengenai sifat optik bola berisi air (abad ke-5 SM) dilanjutkan selama berabad-abad. Namun demikian, penggunaan mikroskop sederhana (kaca pembesar) paling awal diketahui berasal dari tersebarnya penggunaan lensa pada kacamata di abad ke-13. Contoh paling awal yang diketahui dari mikroskop majemuk (bahasa Inggris: compound microscope), yang menggabungkan lensa objektif di dekat spesimen dengan lensa mata untuk melihat gambar nyata, muncul di Eropa sekitar tahun 1620. Meskipun banyak klaim mengenai penemuan ini, hingga sekarang penemu mikroskop majemuk masih belum diketahui. Beberapa klaim di antaranya adalah penemuan oleh Zacharias Janssen (klaim dibuat oleh putranya) dan/atau ayah Zacharias, Hans Martens, pada tahun 1590, di mana klaim ini berasal dari Belanda, di sebuah pusat pembuatan kacamata. Klaim lain disebutkan oleh daerah tetangga yang merupakan kompetitor pembuat kacamata, Hans Lippershey (orang pertama yang mengajukan paten teleskop pada tahun 1608). Selain itu, terdapat pula klaim bahwa mikroskop majemuk ditemukan oleh ekspatriat Cornelis Drebbel yang memiliki versi lain dari mikroskop ini di London pada tahun 1619. Galileo Galilei (juga terkadang disitasi sebagai penemu mikroskop majemuk) diduga menemukan mikroskop majemuk setelah tahun 1610 ketika ia berhasil memfokuskan teleskopnya pada benda-benda kecil, dan setelah melihat mikroskop majemuk yang dibuat oleh Drebbel dan dipertunjukkan pada sebuah pameran di Roma pada 1624, Galileo membuat versi mikroskop yang lebih baik. Giovanni Faber memberikan nama "mikroskop" pada mikroskop majemuk ciptaan Galileo yang diajukan kepada Accademia dei Lincei pada tahun 1625. Sebelum itu, Galileo menyebut instrumen ciptaannya sebagai "occhiolino" atau "little eye".
Penjelasan rinci pertama mengenai anatomi mikroskopis jaringan organik berdasarkan penggunaan mikroskop tidak muncul hingga tahun 1644, dalam L'occhio della mosca karya Giambattista Odierna, atau The Fly's Eye.
Secara umum, mikroskop masih merupakan hal baru sampai tahun 1660-an dan 1670-an ketika para naturalis di Italia, Belanda, dan Inggris mulai menggunakannya untuk mempelajari biologi. Ilmuwan Italia Marcello Malpighi, yang disebut bapak histologi oleh beberapa sejarawan biologi, memulai analisis mengenai struktur biologis pada paru-paru. Penerbitan Micrographia karya Robert Hooke pada tahun 1665 memiliki dampak yang cukup besar, terutama karena ilustrasinya yang mengesankan. Kontribusi signifikan datang dari Antonie van Leeuwenhoek yang berhasil mencapai perbesaran hingga 300 kali menggunakan mikroskop lensa tunggal sederhana. Van Leeuwenhoek menjepit lensa bola kaca yang sangat kecil di antara lubang pada dua piringan logam yang dipaku bersama, dan menggunakan jarum sekrup yang dapat disesuaikan untuk memasang spesimen. Kemudian, Van Leeuwenhoek mengamati dan menemukan kembali citra sel darah merah (setelah Jan Swammerdam) dan spermatozoa, dan membantu mempopulerkan penggunaan mikroskop untuk melihat ultrastruktur biologis. Pada 9 Oktober 1676, van Leeuwenhoek melaporkan penemuan mikroorganisme.
Kinerja mikroskop cahaya tergantung pada kualitas dan penggunaan yang benar dari sistem lensa kondensor untuk memfokuskan cahaya pada spesimen, dan lensa objektif yang menangkap cahaya dari spesimen dan membentuk gambar. Pada awal masa perkembangannya, instrumen-instrumen yang digunakan sangat terbatas, hingga akhirnya prinsip ini sepenuhnya diterima dan dikembangkan pada akhir abad ke-19 hingga awal abad ke-20, ketika lampu listrik tersedia sebagai sumber cahaya. Pada tahun 1893 August Köhler mengembangkan prinsip utama iluminasi sampel, disebut juga iluminasi Köhler, yang sangat penting untuk mendapatkan batas teoretis resolusi untuk mikroskop cahaya. Metode iluminasi sampel ini menghasilkan pencahayaan yang merata dan mengatasi permasalahan kontras dan resolusi terbatas yang diterapkan oleh teknik awal iluminasi sampel. Perkembangan lebih lanjut dalam iluminasi sampel berasal dari penemuan kontras fase oleh Frits Zernike pada tahun 1953, dan iluminasi kontras interferensi diferensial oleh Georges Nomarski pada tahun 1955; keduanya memungkinkan pencitraan sampel transparan yang tidak ternoda dan cukup jernih.
Pada awal abad ke-20, alternatif lain untuk mikroskop cahaya dikembangkan dengan signifikan. Alternatif ini menggunakan instrumen yang memanfaatkan berkas elektron (sebagai pengganti cahaya) untuk menghasilkan gambar. Fisikawan Jerman, Ernst Ruska, bekerja dengan insinyur listrik Max Knoll, mengembangkan mikroskop elektron prototipe pertama pada tahun 1931, mikroskop elektron transmisi (bahasa Inggris: Transmission Electron Microscope (TEM)). Mikroskop elektron transmisi bekerja dengan prinsip yang mirip dengan mikroskop optik tetapi menggunakan elektron sebagai pengganti cahaya dan elektromagnet sebagai pengganti lensa kaca. Penggunaan elektron, alih-alih cahaya, memungkinkan resolusi yang jauh lebih tinggi.
Pengembangan mikroskop elektron transmisi dengan cepat diikuti pada tahun 1935 oleh pengembangan mikroskop elektron pemindaian (bahasa Inggris: Scanning Electron Microscope (SEM)) oleh Max Knoll. Meskipun TEM digunakan untuk penelitian sebelum Perang Dunia II, dan menjadi populer setelahnya, SEM tidak tersedia secara komersial hingga tahun 1965.
Mikroskop elektron transmisi menjadi populer setelah Perang Dunia Kedua. Ernst Ruska yang pada saat itu bekerja di Siemens, mengembangkan mikroskop elektron transmisi komersial pertama dan, pada 1950-an, konferensi ilmiah besar mengenai mikroskop elektron mulai diadakan. Pada tahun 1965, mikroskop elektron pemindaian komersial pertama dikembangkan oleh Profesor Sir Charles Oatley dan mahasiswa pascasarjananya Gary Stewart, dan dipasarkan oleh Cambridge Instrument Company sebagai "Stereoscan".
Mikroskop optik, disebut juga mikroskop cahaya, merupakan jenis mikroskop yang pertama kali dibuat serta yang paling umum digunakan. Mikroskop optik bekerja dengan prinsip optika. Bagian-bagian dari mikroskop ini terdiri dari satu atau lebih lensa yang mampu menghasilkan gambar yang diperbesar. Perbesaran gambar dilakukan dengan meletakkan benda di bidang fokal dari lensa.
Mikroskop cahaya sendiri dibagi lagi menjadi dua kelompok besar, berdasarkan kegiatan pengamatan dan kerumitan kegiatan pengamatan yang dilakukan. Berdasarkan kegiatan pengamatannya, mikroskop cahaya dibedakan menjadi mikroskop diseksi untuk mengamati bagian permukaan dan mikroskop monokuler dan binokuler untuk mengamati bagian dalam sel. Mikroskop monokuler merupakan mikroskop yang hanya memiliki 1 lensa okuler dan binokuler memiliki 2 lensa okuler.
Berdasarkan kerumitan kegiatan pengamatan yang dilakukan, mikroskop dibagi menjadi 2 bagian, yaitu mikroskop sederhana (yang umumnya digunakan pelajar) dan mikroskop riset (mikroskop dark-field, fluoresens, fase kontras, Nomarski DIC, dan konfokal).
Mikroskop monukuler merupakan sebuah jenis mikroskop yang sangat sederhana. Mikroskop ini dilengkapi satu lensa okuler saja. Mikroskop monokuler ini termasuk ke dalam kelompok mikroskop yang menggunakan cahaya untuk mengamati detil di dalam sebuah sel, yang cahanya berasal dari sebuah cermin.
Dua jenis utama mikroskop elektron adalah mikroskop elektron transmisi (Transmission Electron Microscope (TEM)) dan mikroskop elektron pemindaian (Scanning Electron Microscope (SEM)). Keduanya memiliki serangkaian lensa elektromagnetik dan elektrostatik untuk memfokuskan berkas elektron berenergi tinggi pada sampel.
Mikroskop elektron pemindaian ini bekerja dengan sinar elektron (bahasa Inggris: electron beam) yang dihasilkan secara termionik dari sumber elektron (bahasa Inggris: electron gun), biasanya menggunakan katoda dilengkapi dengan filamen tungsten. Sinar elektron, dengan energi antara 0.2 keV hingga 40 keV, difokuskan melalui dua lensa kondensor sehingga membentuk spot dengan diameter antara 0.4 nm hingga 5 nm. Sinar yang melewati lensa kondensor kemudian diteruskan melalui scanning coils atau pasangan piring deflektor pada kolom elektron, pada bagian akhir lensa (lensa objektif). Deflektor tersebut mengarahkan sinar pada sumbu x dan y, untuk memindai sebuah area pada permukaan sampel. Selanjutnya sinar tersebut diteruskan pada spesimen yang diatur miring pada pencekamnya (sample holder). Interaksi antara sumber elektron dengan sampel menghasilkan elektron sekunder (secondary electron), diemisikan oleh atom-atom yang tereksitasi oleh sinar elektron, dan dideteksi menggunakan detektor elektron sekunder (Everhart-Thornley detektor). Berdasarkan posisi dan intensitas elektron sekunder yang terdeteksi, gambar atau projeksi sampel yang sedang dipelajari dapat ditampilkan pada layar monitor.
Dalam penggunaan mikroskop transmisi elektron, elektron melewati sampel, yang analog dengan mikroskop optik dasar. Proses ini membutuhkan persiapan sampel yang sangat hati-hati, karena elektron tersebar kuat pada sebagian besar bahan. Sampel juga harus sangat tipis (di bawah 100 nm) agar elektron dapat menembus sampel tersebut.
Ada dua bagian utama yang umumnya menyusun mikroskop, yaitu:
Tujuan penggunaan mikroskop cahaya dan elektron adalah menghasilkan bayangan dari benda yang diamati menjadi lebih besar. Umumnya, mikroskop cahaya memiliki perbesaran maksimum yaitu sebesar 1000× (kali). Pembesaran ini tergantung pada berbagai faktor, diantaranya titik fokus kedua lensa (objektif f1 dan okuler f2, panjang tubulus atau jarak(t) lensa objektif terhadap lensa okuler dan yang ketiga adalah jarak pandang mata normal(sn). Rumus: V m = t . s n f 1 . f 2 {\displaystyle \ {Vm}={\frac {t.sn}{f_{1}.f_{2}}}} . Selain itu, perbesaran biasanya dihasilkan dari perkalian antara lensa obyektif dan lensa okuler dari pengamatan suatu objek.
Baik lensa objektif maupun lensa okuler keduanya merupakan lensa cembung. Secara garis besar lensa objektif menghasilkan suatu bayangan sementara yang sifatnya semu, terbalik, dan diperbesar terhadap posisi benda mula-mula, lalu yang menentukan sifat bayangan akhir selanjutnya adalah lensa okuler. Pada mikroskop cahaya, bayangan akhir mempunyai sifat yang sama seperti bayangan sementara, semu, terbalik, dan lebih lagi diperbesar. Pada mikroskop elektron bayangan akhir mempunyai sifat yang sama seperti gambar benda nyata, sejajar, dan diperbesar. Jika seseorang yang menggunakan mikroskop cahaya meletakkan huruf A di bawah mikroskop, maka yang ia lihat adalah huruf A yang terbalik dan diperbesar.
Hal yang harus dilakukan pertama kali saat menggunakan mikrokop adalah meletakkannya di meja pengamatan. Setelah itu, pasang lensa okuler dengan kekuatan pembesaran lemah yakni 5× pembesaran. Kemudian, putar makrometer ke arah belakang agar posisi badan mikroskop condong ke atas.
Hal berikutnya yang perlu dilakukan adalah menyejajarkan lensa objektif dengan arah datangnya cahaya. Caranya adalah dengan menggeser lensa objektif tersebut. Selanjutnya, atur pembesaran lensa objektif dengan pembesaran lemah yakni 10× sehingga hasil kali pembesaran lensa okuler dan objektif menghasilkan 50× pembesaran yang diperoleh dari 10 × 5 = 50 kali pembesaran.
Langkah selanjutnya adalah mengatur cahaya pada kondensor dan diafragma dengan cara menaikkan kondensor setinggi mungkin serta membuka diafragma selebar mungkin. Kemudian atur medan pandang dengan memutar cermin. Setelah terpasang dengan baik, pasanglah preparat di meja mikroskop.
Setelah meja preparat terpasang dengan baik, letakkan objek yang akan diamati tepat di meja preparat. Amati objek dengan mendekatkan satu mata melalui lubang lensa okuler sambil mengatur fokus cahaya dan kondensornya. Jika objek sudah terlihat jelas dengan pembesaran lemah dari lensa objektif, kita bisa mengatur pembesaran dengan skala yang lebih besar lagi.
Penggunaan mikroskop sebaiknya perlu diperhatikan agar menghindari hal - hal yang tidak diinginkan. Salah satu kesalahan praktikan yang sering dilakukan, yaitu memindahkan lensa obyektif tidak memutar revolver. Selain itu, tidak menggunakan minyak inersi ketika memakai perbesaran lensa obyektif paling besar. Hal tersebut dapat menyebabkan lensa obyektif akan mudah tergores, sehingga hasil pengamatan objek tidak terlihat dengan baik dan jelas. Dengan demikian, perlu dilakukan kehati - hatian dalam menggunakan alat ilmiah ini.
Penyimpanan mikroskop juga perlu diperhatikan, terutama tempat penyimpanan sebaiknya disimpan pada almari khusus yang dilengkapi dengan lampu. Tujuannya yaitu agar ruangan tersebut tidak mudah lembab, sehingga terhindar dari timbulnya jamur yang bisa membuat lensa buram atau bagian lain pada mikroskop cepat rusak.