Berbagi pengetahuan, dari mana saja, dari siapa saja, untuk semua

Transmission Electron Microscopy (TEM): Mengamati Objek di Skala Atomik

Adakah yang pernah penasaran di antara teman-teman pembaca Majalah 1000guru, mengapa bakteriofag (bacteriophage) dalam buku pelajaran biologi digambarkan seperti monster laba-laba berkepala dan berleher panjang? Apakah itu memang bentuk asli bakteriofag atau hanya prediksi dari para ilmuwan?

Ilustrasi bakteriofag dalam buku biologi (kiri). Gambar bakteriofag diambil dengan TEM (kanan).

Ternyata memang seperti itulah bentuk asli bakteriofag. Struktur unik dari bakteriofag yang berukuran 90-200 nm dapat diamati dengan menggunakan TEM (Transmission Electron Microscopy). Nah, kita akan bahas sekilas tentang TEM dalam artikel ini. TEM merupakan teknik pengamatan benda-benda skala mikroskopis, nanoskopis, bahkan atomik dengan perbesaran terbesar yang pernah ada hingga saat ini.

Teman-teman mungkin pernah mendengar istilah resolusi gambar. Resolusi gambar adalah jarak terkecil yang dapat dibedakan oleh suatu alat optik. Mata manusia, contohnya, memiliki resolusi sebesar 0,2 mm, seperti jarak 1 helai rambut dengan yang lainnya. Lebih kecil dari jarak tersebut, kita hanya akan melihat benda sebagai satu kesatuan yang sama. Lalu, sebesar apakah resolusi yang dimiliki TEM? High-Resolution TEM memiiki resolusi hingga 0,05 nm! Ibaratnya, kita bisa melihat pergerakan bola tenis dalam pertandingan tenis di Bumi meskipun kita mengamatinya dari bulan! Luar biasa, bukan?

Bagaimana cara kerja TEM ini? TEM memanfaatkan sifat dualisme elektron sebagai gelombang dan partikel. TEM menembakkan elektron dengan voltase tinggi ke arah objek yang ingin kita amati. Dengan sifat elektron sebagai gelombang, gelombang elektron akan menabrak objek yang sebagiannya akan dibelokkan, dan sebagiannya lagi akan diteruskan. Elektron yang diteruskan ataupun yang dibelokkan akan ditangkap dan diperbesar pada bidang gambar (layar fluoresens) membentuk pola objek dan menghasilkan gambar dengan perbesaran dan resolusi yang tinggi.

Skema peralatan TEM.

Mengapa pengamatan dengan menggunakan elektron bervoltase tinggi dapat menghasilkan gambar dengan resolusi tinggi? Hal ini terkait dengan prinsip difraksi Bragg dan panjang gelombang dari hubungan de Broglie.

Panjang gelombang berdasarkan prinsip difraksi Bragg dan hubungan de Broglie.

Berdasarkan persamaan pada gambar, dapat kita lihat bahwa semakin besar voltase (V) yang kita gunakan untuk mempercepat elektron, panjang gelombang electron (l) akan semakin pendek. Panjang gelombang elektron yang semakin pendek dapat menembus celah-celah terkecil dari atom penyusun objek yang kita amati. Hal inilah yang menyebabkan TEM memilki resolusi gambar yang sangat tinggi.

Terdapat beberapa jenis TEM berdasarkan sumber voltase yang digunakan. TEM 120 kV, TEM 200 kV, TEM 300 kV, dan TEM 1000 kV. Angka-angka tersebut menggambarkan voltase yang dibutuhkan untuk mengoperasikan TEM yang akan kita gunakan. Semakin besar voltase yang dibutuhkan, semakin besar ukuran dari TEM ini sendiri dan harganya juga semakin mahal. TEM 1000 kV memiliki ukuran setinggi gedung 3 lantai dan harga yang sangat fantastis!

Ilustrasi TEM 1000kV.

Salah satu keunggulan yang dimiliki TEM dan tidak dimiliki oleh alat optik lain adalah TEM dapat memberikan berbagai macam data dari material atau objek yang kita amati. Tidak hanya data morfologi atau bentuk dari objek, kita juga dapat memperoleh struktur kristal penyusun material yang kita amati dan juga komposisinya. Dengan kata lain, TEM bekerja dengan 3 macam teknik, yaitu: Imaging (kita mendapatkan gambar dari objek), Diffraction (kita mendapatkan pola difraksi untuk menganalisis struktur kristal dari objek), dan Spectroscopy (kita dapat menganalisis komposisi bahan penyusun objek. Tiga fungsi dalam satu alat inilah yang membuat TEM menjadi salah satu alat optik yang sangat dibutuhkan khususnya dalam analisis material skala nano yang sedang berkembang saat ini.

Mari kita lihat sepintas apa saja aplikasi dari TEM ini. Dalam riset material, TEM sangat bermanfaat untuk menganalisis posisi dislokasi, twinning, dan precipitate dalam kristal material yang memudahkan para engineer untuk mendesain teknik penguatan material (strengthening). Kita juga dapat melangsungkan tensile testing di dalam TEM sehingga kita dapat mengamati hubungan tekanan dan regangan dalam skala mikro. Dalam bidang geologi, TEM dimanfaatkan untuk mengetahui komposisi dari batuan tertentu. Dalam bidang mikrobiologi, kita dapat mengamati morfologi dari beragam bakteria dan virus.

Dislokasi pada material diamati dengan TEM.

Terlepas dari kehebatan dan keunggulan yang dimiliki oleh TEM, masih terdapat beberapa kekurangan yang menyebabkan TEM sulit digunakan. Salah satunya, persiapan sampel untuk dapat diamati dengan TEM itu cukup rumit. Objek yang akan kita amati harus bersifat transparan terhadap elektron (electron-transparent) sehingga sampel yang ingin kita amati harus dibuat setipis-tipisnya sampai memiliki ketebalan 10-200 nm.

Material yang berbeda juga akan menyebabkan pola tidak natural yang berbeda yang timbul pada pengamatan akibat proses persiapan sampel sehingga kita harus mengetahui pola tidak natural apa saja yang mungkin terlihat pada sampel tertentu. Kemampuan dan pengalaman yang cukup sangat dibutuhkan untuk mendapatkan gambar yang baik dengan TEM. Selain itu, karena harga TEM juga sangat mahal, hanya pusat-pusat riset tertentu yang dapat memilikinya. Mudah-mudahan Indonesia suatu saat dapat berkontribusi dalam pengembangan TEM yang mudah dan murah.

Bahan bacaan:

 

Penulis:

Tsamara Tsani, mahasiswi S-1 jurusan Transdisciplinary Engineering di Tokyo Institute of Technology. Kontak: tsamaratsani(at)yahoo(dot)co(dot)id.