Sebuah mikroskop (dari bahasa Yunani Kuno: μικρός, mikrós, "small" dan σκοπεῖν, skopeîn, "to look" or "see") adalah instrumen yang digunakan untuk melihat benda-benda yang terlalu kecil untuk dilihat oleh mata telanjang. Mikroskopi adalah ilmu yang menyelidiki benda-benda kecil dan struktur yang menggunakan instrumen semacam itu. Alat mikroskopik tidak terlihat oleh mata kecuali dibantu oleh mikroskop.
Ada banyak jenis mikroskop, dan bisa dikelompokkan dengan cara yang berbeda. Salah satu caranya adalah dengan mendeskripsikan cara instrumen berinteraksi dengan sampel untuk membuat gambar, baik dengan mengirimkan berkas cahaya atau elektron ke sampel di jalur optiknya, atau dengan memindai melintasi, dan tidak jauh dari, permukaan sampel menggunakan probe Mikroskop yang paling umum (dan yang pertama ditemukan) adalah mikroskop optik, yang menggunakan cahaya untuk melewati sampel untuk menghasilkan gambar. Jenis mikroskop utama lainnya adalah mikroskop fluoresensi, mikroskop elektron (keduanya, mikroskop elektron transmisi dan mikroskop elektron pemindaian) dan berbagai jenis mikroskop probe scanning.
Sejarah
Meskipun benda-benda yang menyerupai lensa berumur 4.000 tahun dan ada akun Yunani dari sifat optik bola yang dipenuhi air (abad ke 5 SM) yang diikuti oleh berabad-abad tulisan di bidang optik, penggunaan mikroskop sederhana yang paling awal (kacamata pembesar) berasal dari penggunaan lensa secara luas di kacamata di abad ke 13.Contoh paling awal dari mikroskop majemuk, yang menggabungkan lensa objektif di dekat spesimen dengan lensa mata untuk melihat gambar asli, muncul di Eropa sekitar tahun 1620. Penemu tidak diketahui meskipun banyak klaim telah dibuat selama bertahun-tahun. Beberapa beredar di sekitar pusat pembuatan tontonan di Belanda termasuk klaim yang ditemukan pada tahun 1590 oleh Zacharias Janssen (klaim yang dibuat oleh anaknya) dan / atau ayah Zacharias, Hans Martens, mengklaim bahwa hal itu ditemukan oleh mereka pembuat tontonan tetangga dan saingannya, Hans Lippershey (yang mengajukan paten teleskop pertama pada tahun 1608), dan mengklaim ditemukan oleh ekspatriat Cornelis Drebbel yang tercatat memiliki versi di London pada tahun 1619. Galileo Galilei (juga kadang-kadang disebut sebagai penemu mikroskop majemuk) tampaknya telah menemukan setelah tahun 1610 bahwa ia dapat menutup fokus teleskopnya untuk melihat benda-benda kecil dan, setelah melihat mikroskop majemuk yang dibangun oleh Drebbel yang dipamerkan di Roma pada tahun 1624, membangun versi perbaikannya sendiri. Giovanni Faber menciptakan mikroskop nama untuk mikroskop majemuk Galileo yang diserahkan ke Accademia dei Lincei pada tahun 1625 (Galileo menyebutnya "ochchiolino" atau "mata kecil").
Bangkitnya mikroskop cahaya modern
Laporan rinci pertama dari anatomi mikroskopis jaringan organik berdasarkan penggunaan mikroskop tidak muncul sampai 1644, di Giambattista Odierna L'occhio della mosca, atau The Fly's Eye.
Mikroskop ini masih merupakan hal baru sampai tahun 1660-an dan 1670-an ketika naturalis di Italia, Belanda dan Inggris mulai menggunakannya untuk mempelajari biologi, baik organisme dan ultrastruktur mereka. Ilmuwan Italia Marcello Malpighi, yang disebut bapak histologi oleh beberapa sejarawan biologi, memulai analisis struktur biologisnya dengan paru-paru. Micrographia Robert Hooke memiliki dampak yang sangat besar, terutama karena ilustrasi yang mengesankan. Kontribusi signifikan datang dari Antonie van Leeuwenhoek yang mencapai pembesaran hingga 300 kali dengan menggunakan mikroskop lensa tunggal yang sederhana. Dia menempelkan lensa bola kaca kecil di antara lubang-lubang di dua pelat logam yang terpaku bersamaan, dan dengan jarum sekrup yang bisa disesuaikan terpasang pada mount spesimen. Kemudian, Van Leeuwenhoek menemukan kembali sel darah merah (setelah Jan Swammerdam) dan spermatozoa, dan membantu mempopulerkan penggunaan mikroskop untuk melihat ultrastruktur biologis. Pada tanggal 9 Oktober 1676, van Leeuwenhoek melaporkan penemuan mikroorganisme.
Kinerja mikroskop cahaya tergantung pada kualitas dan penggunaan benar sistem lensa kondensor untuk memusatkan cahaya pada spesimen dan lensa objektif untuk menangkap cahaya dari spesimen dan membentuk gambar. Instrumen awal terbatas sampai prinsip ini sepenuhnya dihargai dan dikembangkan dari akhir abad 19 sampai awal abad ke-20, dan sampai lampu listrik tersedia sebagai sumber cahaya. Pada tahun 1893 Agustus Köhler mengembangkan prinsip kunci dari iluminasi sampel, iluminasi Köhler, yang merupakan pusat untuk mencapai batas teoritis resolusi untuk mikroskop cahaya. Metode iluminasi sampel ini menghasilkan pencahayaan dan mengatasi kontras dan resolusi yang terbatas yang diberlakukan oleh teknik pencahayaan sampel awal. Perkembangan lebih lanjut dalam iluminasi sampel berasal dari penemuan kontras fase oleh Frits Zernike pada tahun 1953, dan perbedaan pencahayaan interferensi kontras oleh Georges Nomarski pada tahun 1955; keduanya memungkinkan pencitraan sampel transparan yang tidak bernoda.
Mikroskop elektron
Pada awal abad 20 alternatif yang signifikan untuk mikroskop cahaya dikembangkan, instrumen yang menggunakan sinar elektron daripada cahaya untuk menghasilkan gambar. Fisikawan Jerman, Ernst Ruska, bekerja dengan insinyur listrik Max Knoll, mengembangkan mikroskop elektron prototipe pertama pada tahun 1931, sebuah mikroskop elektron transmisi (TEM). Mikroskop elektron transmisi bekerja dengan prinsip yang serupa pada mikroskop optik namun menggunakan elektron di tempat cahaya dan elektromagnet di tempat lensa kaca. Penggunaan elektron, bukan cahaya, memungkinkan resolusi jauh lebih tinggi.
Pengembangan mikroskop elektron transmisi segera diikuti pada tahun 1935 oleh pengembangan mikroskop elektron scanning oleh Max Knoll. Meskipun TEM digunakan untuk penelitian sebelum Perang Dunia II, dan menjadi populer setelahnya, SEM tidak tersedia secara komersial sampai tahun 1965.
Mikroskop elektron transmisi menjadi populer mengikuti Perang Dunia Kedua. Ernst Ruska, yang bekerja di Siemens, mengembangkan mikroskop elektron transmisi komersial pertama dan, pada tahun 1950an, konferensi ilmiah utama pada mikroskop elektron mulai dipegang. Pada tahun 1965, mikroskop elektron pemindaian komersial pertama dikembangkan oleh Profesor Sir Charles Oatley dan mahasiswa pascasarjana Gary Stewart, dan dipasarkan oleh Cambridge Instrument Company sebagai "Stereoscan".
Salah satu penemuan terbaru yang dibuat tentang penggunaan mikroskop elektron, adalah kemampuan untuk mengidentifikasi virus. Karena mikroskop ini mencerminkan citra organel kecil yang terlihat dan jelas, maka dalam mikroskop elektron tidak diperlukan reagen untuk melihat virus atau sel berbahaya, yang menghasilkan cara yang lebih efisien untuk mendeteksi patogen.
Memindai mikroskop probe
Dari tahun 1981 sampai 1983 Gerd Binnig dan Heinrich Rohrer bekerja di IBM di Zurich, Swiss untuk mempelajari fenomena tunneling kuantum dan akhirnya membuat instrumen praktis, sebuah mikroskop probe scanning dari teori kuantum tunneling yang membaca kekuatan sangat kecil yang dipertukarkan antara probe dan permukaan sebuah sampel Probe hampir memenuhi permukaan begitu dekat sehingga elektron untuk eksperimen dapat memiliki aliran elektron yang terus menerus, membuat arus dari permukaan ke probe. Mikroskop awalnya tidak diterima dengan baik karena sifat kompleks dari penjelasan teoritis yang mendasarinya. Pada tahun 1984 Jerry Tersoff dan D.R. Hamann saat berada di AT & T's Bell Laboratories di Murray Hill, New Jersey mulai menerbitkan artikel yang mengikat teoritis dengan hasil eksperimen yang diperoleh instrumen tersebut. Hal ini diikuti pada tahun 1985 dengan instrumen komersial yang berfungsi, dan pada tahun 1986 dengan Gerd Binnig, Quate, dan penemuan Gerber dari mikroskop atom, kemudian Hadiah Nobel Binnig dan Rohrer dalam Fisika untuk SPM.
Scanning probe mikroskop jenis terus dikembangkan sebagai kemampuan untuk mesin ultra halus probe dan tips telah maju.
Mikroskop fluoresensi
Perkembangan terbaru di mikroskop cahaya sebagian besar berpusat pada peningkatan mikroskop fluoresensi dalam biologi. [Rujukan?] Selama dekade terakhir abad ke-20, terutama di era pasca-genom, banyak teknik untuk pewarnaan neon struktur seluler dikembangkan. [rujukan?] Kelompok teknik yang utama melibatkan pewarnaan kimia yang ditargetkan pada struktur sel tertentu, misalnya senyawa kimia DAPI untuk memberi label DNA, penggunaan antibodi yang dikonjugasikan ke wartawan fluorescent, lihat imunofluoresensi, dan protein neon, seperti protein neon hijau. Teknik ini menggunakan fluorophores yang berbeda ini untuk analisis struktur sel pada tingkat molekuler baik pada sampel hidup dan tetap.
Kenaikan mikroskop fluoresensi mendorong pengembangan desain mikroskop modern utama, mikroskop confocal. Prinsip ini dipatenkan pada tahun 1957 oleh Marvin Minsky, walaupun teknologi laser membatasi penerapan praktis teknik ini. Baru pada tahun 1978 ketika Thomas dan Christoph Cremer mengembangkan mikroskop scanning confocal laser praktis pertama dan teknik ini dengan cepat mendapatkan popularitas sampai tahun 1980an.
Mikroskop resolusi super
Artikel utama: Mikroskopi resolusi super dan Mikroskopi Teknik sub-difraksi
Banyak penelitian saat ini (di awal abad ke-21) mengenai teknik mikroskop optik difokuskan pada pengembangan analisis superresolusi sampel berlabel fluoresen. Penerangan terstruktur dapat memperbaiki resolusi sekitar dua sampai empat kali dan teknik seperti mikroskop Emisi Deplesi yang terangsang mendekati resolusi mikroskop elektron. Hal ini terjadi karena batas difraksi terjadi dari cahaya atau eksitasi, yang membuat resolusi harus berlipat ganda menjadi super jenuh.
Mikroskop sinar-X
Artikel utama untuk bagian ini adalah: X-ray microscope
Mikroskop sinar-X adalah instrumen yang menggunakan radiasi elektromagnetik biasanya di pita sinar-X yang lembut ke objek gambar. Kemajuan teknologi optik lensa x-ray pada awal tahun 1970 membuat instrumen menjadi pilihan pencitraan yang layak. Mereka sering digunakan dalam tomografi (lihat tomografi mikro) untuk menghasilkan gambar tiga dimensi benda, termasuk bahan biologis yang belum diperbaiki secara kimia. Saat ini penelitian sedang dilakukan untuk memperbaiki optik sinar x keras yang memiliki daya tembus lebih besar.
Jenis
Mikroskop dapat dipisahkan menjadi beberapa kelas yang berbeda. Pengelompokan satu didasarkan pada apa yang berinteraksi dengan sampel untuk menghasilkan gambar, yaitu cahaya atau foton (mikroskop optik), elektron (mikroskop elektron) atau probe (mikroskop pemeriksaan probe). Sebagai alternatif, mikroskop dapat digolongkan pada apakah mereka menganalisis sampel melalui titik pemindaian (mikroskop optik confocal, mikroskop elektron scanning dan mikroskop scanning probe) atau menganalisis sampel sekaligus (mikroskop optik bidang lebar dan mikroskop elektron transmisi).
Mikroskop optik bidang yang luas dan mikroskop elektron transmisi keduanya menggunakan teori lensa (optik untuk mikroskop cahaya dan lensa elektromagnet untuk mikroskop elektron) untuk memperbesar gambar yang dihasilkan oleh gelombang yang ditransmisikan melalui sampel, atau tercermin dari sampel. Gelombang yang digunakan adalah elektromagnetik (dalam mikroskop optik) atau balok elektron (dalam mikroskop elektron). Resolusi dalam mikroskop ini dibatasi oleh panjang gelombang radiasi yang digunakan untuk menggambarkan sampel, di mana panjang gelombang yang lebih pendek memungkinkan resolusi yang lebih tinggi.
Memindai mikroskop optik dan elektron, seperti mikroskop confocal dan mikroskop elektron scanning, gunakan lensa untuk memusatkan titik cahaya atau elektron ke sampel kemudian menganalisis sinyal yang dihasilkan oleh balok yang berinteraksi dengan sampel. Intinya kemudian dipindai di atas sampel untuk menganalisa wilayah persegi panjang. Pembesaran citra dilakukan dengan menampilkan data dari pemindaian area sampel secara fisik kecil pada layar yang relatif besar. Mikroskop ini memiliki batas resolusi yang sama dengan bidang optik, probe, dan mikroskop elektron lebar.
Scanning probe microscopes juga menganalisis satu titik dalam sampel dan kemudian memindai probe di atas area sampel persegi panjang untuk membangun sebuah gambar. Karena mikroskop ini tidak menggunakan radiasi elektromagnetik atau elektron untuk pencitraan, mereka tidak dikenai batas resolusi yang sama seperti mikroskop optik dan elektron yang dijelaskan di atas.
Optik
Artikel utama untuk bagian ini adalah: mikroskop optik
Jenis mikroskop yang paling umum (dan yang pertama ditemukan) adalah mikroskop optik. Ini adalah instrumen optik yang mengandung satu atau lebih lensa yang menghasilkan gambar pembesaran sampel yang ditempatkan pada bidang fokus. Mikroskop optik memiliki kaca bias dan terkadang plastik atau kuarsa, untuk memfokuskan cahaya ke mata atau detektor cahaya lainnya. Mikroskop optik berbasis cermin beroperasi dengan cara yang sama. Pembesaran khas mikroskop cahaya, dengan asumsi rentang cahaya terlihat, sampai 1250x dengan batas resolusi teoritis sekitar 0,250 mikrometer atau 250 nanometer. Ini membatasi batas pembesaran praktis sampai ~ 1500x. Teknik khusus (misalnya, pemindaian mikroskop confocal, Vertico SMI) dapat melebihi pembesaran ini namun resolusinya difraksi terbatas. Penggunaan panjang gelombang cahaya yang lebih pendek, seperti ultraviolet, adalah salah satu cara untuk memperbaiki resolusi spasial mikroskop optik, seperti juga perangkat seperti mikroskop optik pemindaian lapangan.
Sarfus, sebuah teknik optik baru-baru ini meningkatkan sensitivitas mikroskop optik standar sampai pada suatu titik menjadi mungkin untuk secara langsung memvisualisasikan film nanometrik (turun menjadi 0,3 nanometer) dan benda nano terisolasi (berdiameter 2 nm). Teknik ini didasarkan pada penggunaan substrat yang tidak mencerminkan untuk mikroskop cahaya terpolarisasi silang.
Cahaya ultraviolet memungkinkan resolusi fitur mikroskopis, begitu juga dengan sampel gambar yang transparan ke mata. Cahaya inframerah dekat dapat digunakan untuk memvisualisasikan sirkuit yang tertanam pada perangkat silikon berikat, karena silikon transparan di wilayah panjang gelombang ini.
Dalam mikroskop fluoresensi, banyak panjang gelombang cahaya, mulai dari ultraviolet sampai yang terlihat dapat digunakan untuk menyebabkan sampel berpendar agar memungkinkan dilihat oleh mata atau dengan penggunaan kamera sensitif khusus.
Phase contrast microscopy adalah teknik iluminasi mikroskop optik dimana pergeseran fasa kecil pada cahaya yang melewati benda transparan diubah menjadi perubahan amplitudo atau kontras pada gambar. Penggunaan kontras fase tidak memerlukan pewarnaan untuk melihat slide. Teknik mikroskop ini memungkinkan untuk mempelajari siklus sel dalam sel hidup.
Mikroskop optik tradisional baru-baru ini berkembang menjadi mikroskop digital. Selain, atau sebagai gantinya, langsung melihat objek melalui lensa mata, sejenis sensor yang serupa dengan yang digunakan pada kamera digital digunakan untuk mendapatkan gambar, yang kemudian dipajang di monitor komputer. Sensor ini mungkin menggunakan teknologi CMOS atau charge-coupled device (CCD), tergantung pada aplikasinya.
Mikroskopi digital dengan tingkat cahaya yang sangat rendah untuk menghindari kerusakan pada sampel biologis yang rentan tersedia dengan menggunakan kamera digital penghitung foton yang sensitif. Telah ditunjukkan bahwa sumber cahaya yang menyediakan pasang foton terjerat dapat meminimalkan risiko kerusakan pada sampel yang paling peka cahaya.
Elektron
Dua jenis utama mikroskop elektron adalah mikroskop elektron transmisi (mikroskop elektron transmisi) dan mikroskop elektron scanning (SEM). Keduanya memiliki rangkaian lensa elektromagnetik dan elektrostatik untuk memfokuskan sinar elektron berenergi tinggi pada sampel. Dalam TEM elektron melewati sampel, analog dengan mikroskop optik dasar. Ini memerlukan persiapan sampel yang seksama, karena elektron banyak tersebar kuat oleh sebagian besar bahan. SEM memiliki gulungan raster untuk memindai permukaan benda curah dengan berkas elektron halus.
Memindai probe
Berbagai jenis mikroskop pemeriksaan mikroskop muncul dari berbagai jenis interaksi yang terjadi saat probe kecil beberapa jenis dipindai dan berinteraksi dengan spesimen. Interaksi atau mode ini dapat direkam atau dipetakan sebagai fungsi lokasi di permukaan untuk membentuk peta karakterisasi. Tiga jenis mikroskop probe pemindaian yang paling umum adalah mikroskop kekuatan atom (AFM), mikroskop optik pemindaian lapangan (MSOM atau SNOM, pemindaian mikroskop optik di dekat lapangan), dan mikroskop scanning tunneling (STM). Mikroskop kekuatan atom memiliki probe halus, biasanya silikon atau silikon nitrida, menempel pada kantilever; probe dipindai di atas permukaan sampel, dan kekuatan yang menyebabkan interaksi antara probe dan permukaan sampel diukur dan dipetakan. Mikroskop optik pemindaian dekat medan mirip dengan AFM namun probenya terdiri dari sumber cahaya pada serat optik yang ditutupi dengan tip yang biasanya memiliki celah untuk cahaya yang melewatinya. Mikroskop dapat menangkap cahaya yang dipancarkan atau dipantulkan untuk mengukur sifat optik permukaan yang sangat terlokalisasi, biasanya dari spesimen biologis. Scanning tunneling microscopes memiliki ujung logam dengan atom apikal tunggal; ujungnya menempel pada tabung yang melaluinya arus mengalir. Ujung dipindai di atas permukaan sampel konduktif sampai arus terowongan mengalir; arus tetap konstan oleh gerakan komputer tip dan gambar dibentuk oleh gerakan yang direkam dari ujungnya.
Tipe yang lain
Memindai mikroskop akustik menggunakan gelombang suara untuk mengukur variasi impedansi akustik. Serupa dengan Sonar pada prinsipnya, mereka digunakan untuk pekerjaan semacam itu untuk mendeteksi cacat pada subsurfaces material termasuk yang ditemukan di sirkuit terpadu. Pada tanggal 4 Februari 2013, insinyur Australia membangun sebuah "mikroskop kuantum" yang memberikan ketepatan yang tak tertandingi.
