Perkembangan Mikroskop Sebagai Penemu Sejarah Mikrobiologi

29

BAB II PERKEMBANGAN MIKROSKOP SEBAGAI PENEMU

SEJARAH MIKROBIOLOGI

Mikroskop (bahasa Yunani: micros = kecil dan scopein = melihat) adalah sebuah alat untuk melihat objek yang terlalu kecil untuk dilihat dengan mata kasar. Ilmu yang mempelajari benda kecil dengan menggunakan alat ini disebut mikroskopi, dan kata mikroskopik berarti sangat kecil, tidak mudah terlihat oleh mata.

Gambar 1: Mikroskop Compound dibuat oleh John Cuff pada 1750

Pada perkembangannya mikroskop mampu mempelajari organisme hidup yang berukuran sangat kecil yang tidak dapat dilihat dengan mata telanjang, sehingga mikroskop memberikan kontribusi penting

Perkembangan Mikroskop Sebagai Penemu Sejarah Mikrobiologi

30

dalam penemuan mikroorganisme dan perkembangan sejarah mikrobiologi. Organisme yang sangat kecil ini disebut sebagai mikroorganisme, atau kadang-kadang disebut sebagai mikroba, ataupun jasad renik. Dapat di amati dengan mikroskop.

Salah satu penemu sejarah mikrobiologi dengan mikroskop adalah Antonie Van Leeuwenhock (1632-1723) Tahun 1675 Antonie membuat mikroskop dengan kualitas lensa yang cukup baik, dengan menumpuk lebih banyak lensa sehingga dia bisa mengamati mikroorganisme yang terdapat pada air hujan yang menggenang dan air jambangan bunga, juga dari air laut dan bahan pengorekan gigi. Ia menyebut benda-benda bergerak tadi dengan ‘animalcule’

1. Jenis-jenis Mikroskop

Jenis paling umum dari mikroskop, dan yang pertama diciptakan, adalah mikroskop optis. Mikroskop ini merupakan alat optik yang terdiri dari satu atau lebih lensa yang memproduksi gambar yang diperbesar dari sebuah benda yang ditaruh di bidang fokal dari lensa tersebut.

Berdasarkan sumber cahayanya, mikroskop dibagi menjadi dua yaitu, mikroskop cahaya dan mikroskop elektron. Mikroskop cahaya sendiri dibagi lagi menjadi dua kelompok besar, yaitu berdasarkan kegiatan pengamatan dan kerumitan kegiatan pengamatan yang dilakukan. Berdasarkan kegiatan pengamatannya, mikroskop cahaya

Perkembangan Mikroskop Sebagai Penemu Sejarah Mikrobiologi

31

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).

2. Struktur Mikroskop

Ada dua bagian utama yang umumnya menyusun mikroskop, yaitu:

Bagian optik, yang terdiri dari kondensor, lensa objektif, dan lensa okuler.

Bagian non-optik, yang terdiri dari kaki dan lengan mikroskop, diafragma, meja objek, pemutar halus dan kasar, penjepit kaca objek, dan sumber cahaya.

3. Pembesaran

Tujuan mikroskop cahaya dan elektron adalah menghasilkan bayangan dari benda yang dimikroskop lebih besar. Pembesaran ini tergantung pada berbgai 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).

Perkembangan Mikroskop Sebagai Penemu Sejarah Mikrobiologi

32

4. Sifat Bayangan

Lensa objektif maupun lensa okuler keduanya merupakan lensa cembung. Secara garis besar lensa objektif menghasilkan suatu bayangan sementara yang mempunyai sifat 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.

Mikroskop merupakan alat bantu yang memungkinkan kita dapat mengamati obyek yang berukuran sangat kecil. Hal ini membantu memecahkan persoalan manusia tentang organisme yang berukuran kecil. Ada dua jenis mikroskop berdasarkan pada kenampakan obyek yang diamati, yaitu mikroskop dua dimensi (mikroskop cahaya) dan mikroskop tiga dimensi (mikroskop stereo). Sedangkan berdasarkan sumber cahayanya, mikroskop dibedakan menjadi mikroskop cahaya dan mikroskop elektron.

5. Perkembangan Mikroskop

5.2 Mikroskop Optis

Jenis paling umum dari mikroskop, dan yang pertama diciptakan, adalah mikroskop optis. Mikroskop ini merupakan

Perkembangan Mikroskop Sebagai Penemu Sejarah Mikrobiologi

33

alat optik yang terdiri dari satu atau lebih lensa yang memproduksi gambar yang diperbesar dari sebuah benda yang ditaruh di bidang fokal dari lensa tersebut.

Gambar 2 Antony van Leeuwenhoek

Pada 1674, Leeuwenhok dengan menggunakan mikroskop sederhana, dia dapat melihat mikroorganisme. Mikroorganime terlihat dari setetes air danau yang diamati dengan menggunakan suatu lensa gelas. Benda-benda itu disebut ‘animalcules’ terlihat dalam berbagai bentuk, ukuran dan warna. Leeuwenhoek mengamati organisme yang dikorek dari sela-sela giginya. Kemudian hasil pengamatannya digambarkan dalam bentuk sketsa sel bakteri dengan bentuk seperti bola, batang, dan spiral sama seperti bentuk bakteri yang dikenal pada saat ini.

Perkembangan Mikroskop Sebagai Penemu Sejarah Mikrobiologi

34

Gambar 3 Hasil Sketsa Bentuk Bakteri

Gambar 4 Mikroskop Leeuwenhoek

Leeuwenhoek telah membuat lebih dari 500 gambar mikroskop. Dalam desain dasar mikroskop Leeuwenhoek, sebagian orang menganggap itu hanyalah kaca pembesar

Perkembangan Mikroskop Sebagai Penemu Sejarah Mikrobiologi

35

(karena hanya terbuat dari 1 lensa saja), bukan mikroskop seperti yang digunakan sekarang (yang terdiri dari 2 lensa). Dibandingkan dengan mikroskop modern, mikroskop buatannya adalah perangkat yang sangat sederhana, hanya menggunakan satu lensa, terpasang dalam lubang kecil di piring kuningan yang membentuk tubuh instrumen. Spesimen dipasang pada titik fokus yang menempel di depan lensa, dan posisi dan fokus bisa disesuaikan dengan memutar dua sekrup. Seluruh instrumen panjangnya hanya 3-4 inci dan harus diangkat mendekat dengan mata dan memerlukan pencahayaan yang baik serta kesabaran yang besar dalam penggunaanya. Meskipun pada jamannya telah ditemukan mikroskop 2 lensa yang hampir mirip dengan mikropskop saat ini, namun pada saat itu pembuatannya masih rumit dibandingkan mikroskop ala Leewenhoek. Dan dengan ketrampilan Leewenhoek dalam membuat lensa, dia berhasil membuat mikroskop yang mampu memperbesar objek sampai lebih dari 200 kali sehingga gambar yang dihasilkan lebih jelas dan lebih terang. Meskipun ia sendiri tidak bisa menggambar dengan baik, ia mempekerjakan ilustrator untuk menggambar objek yang ia amati dan gambar itu digunakan untuk melengkapi uraian tertulis dari objek yang ia amati.

Perkembangan Mikroskop Sebagai Penemu Sejarah Mikrobiologi

36

Gambar 5 Berbagai Bentuk Sketsa Mikroba

5.3 Mikroskop Cahaya

Sejarah penemuan

Seorang ilmuwan dari universitas Berlin yaitu Dr. Ernst Ruska menggabungkan penemuan ini dan membangun mikroskop transmisi elektron (TEM) yang pertama pada tahun 1931. Untuk hasil karyanya ini maka dunia ilmu pengetahuan menganugerahinya hadiah Penghargaan Nobel dalam fisika 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 nanometer (nm) (dua kali lebih baik dari mikroskop cahaya pada masa itu).

Perkembangan Mikroskop Sebagai Penemu Sejarah Mikrobiologi

37

Gambar 6 Bagian-bagian dari mikroskop cahaya: 1. lensa okuler, 2. lensa objektif, 3. lensa objektif yang lain, 4. pengatur fokus, 5. pengatur fokus secara halus, 6. papan letak objek/sampel/preparat yang dilihat, 7. sumber cahaya, 8. kondensor cahaya, 9. penjepit sampel

Mikroskop cahaya atau dikenal juga dengan nama “Compound light microscope” adalah sebuah mikroskop yang menggunakan cahaya lampu sebagai pengganti cahaya matahari sebagaimana yang digunakan pada mikroskop konvensional. Pada mikroskop konvensional, sumber cahaya masih berasal dari sinar matahari yang dipantulkan dengan suatu cermin datar ataupun cekung yang terdapat dibawah kondensor. Cermin ini akan mengarahkan cahaya dari luar kedalam kondensor.

Perkembangan Mikroskop Sebagai Penemu Sejarah Mikrobiologi

38

Mikroskop cahaya mempunyai perbesaran maksimum 1000 kali. Mikroskop mempunyai kaki yang berat dan kokoh dengan tujuan agar dapat berdiri dengan stabil. Mikroskop cahaya memiliki tiga sistem lensa, yaitu lensa obyektif, lensa okuler, dan kondensor. Lensa obyektif dan lensa okuler terletak pada kedua ujung tabung mikroskop. Lensa okuler pada mikroskop bisa berbentuk lensa tunggal (monokuler) atau ganda (binokuler). Pada ujung bawah mikroskop terdapat tempat dudukan lensa obyektif yang bisa dipasangi tiga lensa atau lebih. Di bawah tabung mikroskop terdapat meja mikroskop yang merupakan tempat preparat. Sistem lensa yang ketiga adalah kondensor. Kondensor berperan untuk menerangi obyek dan lensa-lensa mikroskop yang lain.

Mikroskop cahaya ini memiliki kelemahan, misalnya ketika digunakan dalam biologi sel modern. Cluster padat ribuan sel menghamburkan cahaya sehingga kuat bahwa sel-sel yang terletak di belakang sebuah objek tidak dapat dilihat. Meskipun lebih dikenal dari fiksi ilmiah, konsep diri merekonstruksi sinar laser menawarkan solusi yang menjanjikan untuk masalah ini. percobaan yang terbentuk laser khusus balok mampu diri merekonstruksi bahkan di hadapan berbagai hambatan, misalnya tingginya jumlah hamburan biologi sel-cahaya, yang berulang kali menghancurkan laser sinar profil. Self-rekonstruksi bekerja karena foton tersebar (kuanta cahaya) di pusat balok terus digantikan oleh foton baru dari samping. Foton dari semua pihak

Perkembangan Mikroskop Sebagai Penemu Sejarah Mikrobiologi

39

bertemu di tengah balok hampir di fase dalam rangka membangun profil balok baru, tidak terpengaruh oleh cukup tertinggal dari hamburan tersebut. Para ilmuwan itu menggunakan hologram komputer (alat yang mengubah fasa cahaya) untuk memodifikasi sinar laser konvensional ke yang disebut Bessel sehingga fase profil balok yang memiliki bentuk kerucut. Meskipun Bessel balok yang dikenal sebagai difraksi-bebas dalam ruang bebas, telah benar-benar jelas apakah, dan apa gelar, mereka bisa mendapatkan kembali bentuk balok pertama mereka juga di media homogen, di mana hamburan cahaya yang cukup.

Gambar 7 Pengembangan Mikroskop Cahaya. Gambar seberkas Bessel di dalam ruang sampel. Selama pengukuran, sinar penerangan scan daerah sampel diperiksa dengan sangat cepat. Kanan: Gambar mikroskop keseluruhan. Sumber: http://www.uni-freiburg.de/

Perkembangan Mikroskop Sebagai Penemu Sejarah Mikrobiologi

40

Jenis lensa

Mikroskop cahaya menggunakan tiga jenis lensa, yaitu lensa obyektif, lensa okuler, dan kondensor. Lensa obyektif dan lensa okuler terletak pada kedua ujung tabung mikroskop sedangkan penggunaan lensa okuler terletak pada mikroskop bisa berbentuk lensa tunggal (monokuler) atau ganda (binokuler). Pada ujung bawah mikroskop terdapat tempat dudukan lensa obyektif yang bisa dipasangi tiga lensa atau lebih. Di bawah tabung mikroskop terdapat meja mikroskop yang merupakan tempat preparat.

a b

Gambar 8 a. Pengatur Kasar, b. Lensa Okuler.

Perkembangan Mikroskop Sebagai Penemu Sejarah Mikrobiologi

41

a b

Gambar 9 a. Perbesaran kasar dan perbesaran halus, b. lensa objektif.

a b

Gambar 10 Lensa Objektif

Perkembangan Mikroskop Sebagai Penemu Sejarah Mikrobiologi

42

Lensa obyektif berfungsi guna pembentukan bayangan pertama dan menentukan struktur serta bagian renik yang akan terlihat pada bayangan akhir serta berkemampuan untuk memperbesar bayangan obyek sehingga dapat memiliki nilai “apertura” yaitu suatu ukuran daya pisah suatu lensa obyektif yang akan menentukan daya pisah spesimen, sehingga mampu menunjukkan struktur renik yang berdekatan sebagai dua benda yang terpisah.

Lensa obyektif bekerja dalam pembentukan bayangan pertama. Lensa ini menentukan struktur dan bagian renik yang akan terlihat pada bayangan akhir. Ciri penting lensa obyektif adalah memperbesar bayangan obyek dan mempunyai nilai apertura (NA). Nilai apertura adalah ukuran daya pisah suatu lensa obyektif yang akan menentukan daya pisah spesimen, sehingga mampu menunjukkan struktur renik yang berdekatan sebagai dua benda yang terpisah.

Lensa obyektif dan lensa okuler terletak pada kedua ujung tabung mikroskop sedangkan penggunaan lensa okuler terletak pada mikroskop bisa berbentuk lensa tunggal (monokuler) atau ganda (binokuler). Pada ujung bawah mikroskop terdapat tempat dudukan lensa obyektif yang bisa dipasangi tiga lensa atau lebih. Di bawah tabung mikroskop terdapat meja mikroskop yang merupakan tempat preparat.

Lensa okuler, adalah lensa mikroskop yang terdapat di bagian ujung atas tabung berdekatan dengan mata pengamat, dan berfungsi untuk memperbesar bayangan yang

Perkembangan Mikroskop Sebagai Penemu Sejarah Mikrobiologi

43

dihasilkan oleh lensa obyektif berkisar antara 4 hingga 25 kali.

Lensa kondensor, adalah lensa yang berfungsi guna mendukung terciptanya pencahayaan pada obyek yang akan dilihat sehingga dengan pengaturan yang tepat maka akan diperoleh daya pisah maksimal. Lensa kondensor, berfungsi juga untuk mendukung terciptanya pencahayaan pada obyek yang akan difokus, sehingga bila pengaturannya tepat akan diperoleh daya pisah maksimal. Jika daya pisah kurang maksimal, dua benda akan tampak menjadi satu. Perbesaran akan kurang bermanfaat jika daya pisah mikroskop kurang baik. Sistem lensa yang ketiga adalah kondensor. Kondensor berperan untuk menerangi obyek dan lensa-lensa mikroskop yang lain.

Preparasi sediaan

Persiapan preparat di dalam mikroskop cahaya terbagi menjadi dua jenis, yaitu : Preparat Non-permanen, yang dapat diperoleh dengan menambahkan air pada sel hidup di atas kaca objek, kemudian diamati di bawah mikroskop.

Preparat permanen, yang dapat diperoleh dengan melakukan fiksasi yang bertujuan untuk membuat sel dapat menyerap warna, membuat sel tidak bergerak, mematikan sel, dan mengawetkannya.

Tahap selanjutnya, yaitu pembuatan sayatan, yang bertujuan untuk memotong sayatan hingga setipis mungkin agar mudah diamati di bawah mikroskop. preparat dilapisi dengan monomer resin melalui proses pemanasan karena pada umumnya jaringan memiliki tekstur yang lunak dan

Perkembangan Mikroskop Sebagai Penemu Sejarah Mikrobiologi

44

mudah pecah setelah mengalami fiksasi, kemudian dilanjutkan dengan pemotongan menggunakan mikrotom. Umumnya mata pisau mikrotom terbuat dari berlian karena berlian tersusun dari atom karbon yang padat. Oleh karena itu, sayatan yang terbentuk lebih rapi. Setelah dilakukan penyayatan, dilanjutkan dengan pewarnaan, yang bertujuan untuk memperbesar kontras antara preparat yang akan diamati dengan lingkungan sekitarnya. Setiap pewarna mengikat molekul yang memiliki kespesifikan tertentu, contohnya : Hematoksilin, yang mampu mengikat asam amino basa (lisin dan arginin) pada berbagai protein, dan eosin, yang mampu mengikat molekul asam (DNA dan rantai samping pada aspartat dan glutamat).

Pada mikroskop konvensional, sumber cahaya masih berasal dari sinar matahari yang dipantulkan dengan suatu cermin datar ataupun cekung yang terdapat dibawah kondensor. Cermin ini akan mengarahkan cahaya dari luar kedalam kondensor. Pada mikroskop modern sudah dilengkapi lampu sebagai pengganti sumber cahaya matahari.

5.4 Mikroskop Stereo

Mikroskop stereo merupakan jenis mikroskop yang hanya bisa digunakan untuk benda yang berukuran relatif besar. Mikroskop stereo mempunyai perbesaran 7 hingga 30 kali. Benda yang diamati dengan mikroskop ini dapat terlihat secara tiga dimensi. Komponen utama mikroskop stereo hampir sama dengan mikroskop cahaya. Lensa terdiri atas lensa okuler dan lensa obyektif. Beberapa perbedaan dengan

Perkembangan Mikroskop Sebagai Penemu Sejarah Mikrobiologi

45

mikroskop cahaya adalah: (1) ruang ketajaman lensa mikroskop stereo jauh lebih tinggi dibandingkan dengan mikroskop cahaya sehingga kita dapat melihat bentuk tiga dimensi benda yang diamati, (2) sumber cahaya berasal dari atas sehingga obyek yang tebal dapat diamati. Perbesaran lensa okuler biasanya 10 kali, sedangkan lensa obyektif menggunakan sistem zoom dengan perbesaran antara 0,7 hingga 3 kali, sehingga perbesaran total obyek maksimal 30 kali. Pada bagian bawah mikroskop terdapat meja preparat. Pada daerah dekat lensa obyektif terdapat lampu yang dihubungkan dengan transformator. Pengatur fokus obyek terletak disamping tangkai mikroskop, sedangkan pengatur perbesaran terletak diatas pengatur fokus. 5.5 Mikroskop Elektron

Mikroskop elektron mempunyai perbesaran sampai 100 ribu kali, elektron digunakan sebagai pengganti cahaya. Mikroskop elektron mempunyai dua tipe, yaitu mikroskop elektron scanning (SEM) dan mikroskop elektron transmisi (TEM). SEM digunakan untuk studi detil arsitektur permukaan sel (atau struktur renik lainnya), dan obyek diamati secara tiga dimensi. Sedangkan TEM digunakan untuk mengamati struktur detil internal sel.

Perkembangan Mikroskop Sebagai Penemu Sejarah Mikrobiologi

46

Gambar 11 Mikroskop elektron scanning

Mengatur Besarnya Obyek

Perbesaran bayangan dari suatu obyek dapat diketahui dari angka perbesaran lensa obyektif dan lensa okuler. Ukuran suatu benda dapat diketahui dengan membandingkan terhadap ukuran bidang pandang. Hal ini dapat dikerjakan dengan beberapa langkah berikut: letakkan penggaris plastik berskala mm diatas meja obyek dan perkirakan diameter bidang pandang tersebut, dan catat perbesaran lensa obyektifnya. Ubahlah lensa obyektif dengan lensa obyektif perbesaran kuat dan tentukan diameter bidang pandangnya dengan rumus berikut:

Perkembangan Mikroskop Sebagai Penemu Sejarah Mikrobiologi

47

Ǿ ok = Ǿ ol x pl/pk Keterangan : Ǿok = diameter bidang pandang dengan obyektif perbesaran

kuat. Ǿol = diameter bidangpandang dengan obyektif perbesaran

lemah pk = perbesaran lensa obyektif kuat, pl = perbesaran lensa

obyektif lemah

Mempersiapkan Preparat

Untuk membuat preparat non-permanen dilakukan beberapa langkah, yaitu letakkan medium (berupa setetes air) diatas gelas obyek, dan letakkan bahan yang akan diamati didalam medium. Selanjutnya tutuplah dengan kaca penutup. Usahakan agar tidak terdapat gelembung udara pada medium. Hal ini dapat diusahakan dengan beberapa langkah berikut: pegang kaca penutup dengan posisi 45o terhadap gelas obyek, sentuhkan tepi bawah kaca penutup pada permukaan medium dan perlahan-lahan rebahkan sehingga kaca penutup terletak di atas kaca obyek. Jika masih ada gelembung udara ulangi pekerjaan tersebut sampai tidak ada gelembung udara. Amati preparat yang anda buat dibawah mikroskop dengan terlebih dahulu menggunakan perbesaran lemah (10×10), kalau sudah diketahui obyek yang akan diamati kemudian memakai perbesaran kuat (10×20 atau 10×40).