Brad Amos telah menghabiskan sebagian besar hidupnya untuk memikirkan dan melihat ke dunia kecil. Sekarang berusia 71 tahun, ia bekerja sebagai profesor tamu di Universitas Strathclyde di Skotlandia di mana ia memimpin tim peneliti yang merancang lensa mikroskop baru yang sangat besar — tentang panjang dan lebar lengan manusia. Dinobatkan sebagai salah satu dari Sepuluh Terobosan Top Dunia Fisika 2016, apa yang disebut Mesolens begitu kuat sehingga dapat mencitrakan seluruh tumor atau embrio tikus dalam satu bidang pandang sambil secara bersamaan mencitrakan bagian dalam sel.
Konten terkait
- Video-Video yang Menang Hadiah, Mempesona, Dunia Mikroskopis
- Teknik Baru Membawa Warna ke Gambar Mikroskop Sel Elektron
- Mikroskop Awal Mengungkap Dunia Baru Makhluk Hidup Mungil
"Ini memiliki cakupan besar dari lensa kamera fotografi dan resolusi yang baik dari tujuan mikroskop, sehingga memiliki keunggulan dari dua pendekatan, " kata Amos. "Gambar-gambarnya sangat berguna."
Saat ini, ahli mikroskop seperti Amos bekerja di seluruh dunia untuk berinovasi teknologi baru dengan aplikasi luas dalam kedokteran dan kesehatan manusia. Tetapi kemajuan mutakhir ini semuanya dapat ditelusuri kembali ke mikroskop pertama yang dibangun pada abad ke-16 dan ke-17. Sementara mutakhir untuk waktu itu, mereka tidak akan mengesankan Anda banyak; itu tidak lebih kuat dari kaca pembesar genggam.
Amos terobsesi dengan mikroskop sederhana ini sejak dia mendapatkan satu untuk ulang tahun ketika masih kecil. Intriknya dalam dunia mikroskopis menjadi tak terpuaskan ketika ia menjelajahi apa pun yang bisa ia temukan, mulai dari kekuatan di dalam gelembung-gelembung kecil yang meletup hingga potongan-potongan tembaga yang dibentuk di bawah tusukan jarum. "Ini seperti bermain adonan, bisa sangat lunak, " kata Amos tentang tembaga. Dia menggambarkan kekagumannya pada fenomena yang dia temukan di bawah lingkup yang tidak bisa dia lihat dengan mata telanjang: "Kamu sedang mempelajari dunia yang bahkan tidak mematuhi aturan persepsi yang sama."
Jenis keingintahuan dalam perkembangan dunia kecil mendorong mikroskopi sejak awal. Sebuah tim ayah-anak Belanda bernama Hans dan Zacharias Janssen menemukan mikroskop senyawa pertama pada akhir abad ke-16 ketika mereka menemukan bahwa, jika mereka meletakkan lensa di bagian atas dan bawah tabung dan melihat melalui itu, benda-benda di ujung yang lain diperbesar. Perangkat meletakkan dasar kritis untuk terobosan masa depan, tetapi hanya diperbesar antara 3x dan 9x.
Kualitas gambar itu biasa-biasa saja di terbaik, kata Steven Ruzin, seorang ahli mikroskop dan kurator Koleksi Mikroskop Golub di University of California di Berkeley. "Saya telah mencitrakannya dan mereka benar-benar mengerikan, " kata Ruzin. "Lensa tangan jauh lebih baik."
Meskipun mereka memberikan pembesaran, mikroskop senyawa pertama ini tidak dapat meningkatkan resolusi, sehingga gambar yang diperbesar tampak buram dan dikaburkan. Akibatnya, tidak ada terobosan ilmiah yang signifikan datang dari mereka selama sekitar 100 tahun, kata Ruzin.
Tetapi pada akhir 1600-an, perbaikan pada lensa meningkatkan kualitas gambar dan kekuatan pembesar hingga 270x, membuka jalan bagi penemuan besar. Pada tahun 1667, ilmuwan alam Inggris Robert Hooke dengan terkenal menerbitkan bukunya Micrographia dengan gambar rumit ratusan spesimen yang ia amati, termasuk bagian-bagian berbeda dalam cabang tanaman herba. Dia menyebut bagian sel karena mengingatkannya pada sel di biara — dan dengan demikian menjadi bapak biologi sel.
Gambar dari Micrographia Robert Hooke, tempat ia menggambar sel tumbuhan pertama yang ditemukan di cabang pinus ini. (Robert Hooke, Micrographia / Wikimedia Commons) Pada 1676, pedagang kain Belanda yang berubah menjadi ilmuwan Antony van Leeuwenhoek semakin meningkatkan mikroskop dengan maksud melihat kain yang ia jual, tetapi secara tidak sengaja membuat penemuan inovatif bahwa bakteri ada. Temuannya yang tidak disengaja membuka bidang mikrobiologi dan dasar kedokteran modern; hampir 200 tahun kemudian, ilmuwan Perancis Louis Pasteur akan menentukan bahwa bakteri adalah penyebab di balik banyak penyakit (sebelum itu, banyak ilmuwan percaya pada teori racun bahwa udara busuk dan bau busuk membuat kita sakit).
"Itu sangat besar, " kata Kevin Eliceiri, seorang ahli mikroskop di University of Wisconsin Madison, tentang penemuan awal bakteri. “Ada banyak kebingungan tentang apa yang membuatmu sakit. Gagasan bahwa ada bakteri dan benda di dalam air adalah salah satu penemuan terbesar yang pernah ada. "
Tahun berikutnya, pada 1677, Leeuwenhoek membuat penemuan ciri khas lain ketika ia mengidentifikasi sperma manusia untuk pertama kalinya. Seorang mahasiswa kedokteran telah membawanya ejakulasi dari seorang pasien gonore untuk belajar di bawah mikroskopnya. Leeuwenhoek menurut, menemukan binatang kecil berekor, dan kemudian menemukan "hewan" menggeliat yang sama dalam sampel semennya sendiri. Dia menerbitkan penemuan-penemuan baru ini, tetapi, seperti halnya bakteri, 200 tahun berlalu sebelum para ilmuwan memahami pentingnya penemuan ini.
Pada akhir 1800-an, seorang ilmuwan Jerman bernama Walther Flemming menemukan pembelahan sel yang, beberapa dekade kemudian, membantu memperjelas bagaimana kanker tumbuh — sebuah penemuan yang tidak mungkin tanpa mikroskop.
"Jika Anda ingin dapat menargetkan bagian dari membran sel atau tumor, Anda harus melihatnya, " kata Eliceiri.
Sementara mikroskop asli yang digunakan Hooke dan Leeuwenhoek mungkin memiliki keterbatasan, struktur dasar dua lensa yang dihubungkan oleh tabung tetap relevan selama berabad-abad, kata Eliceiri. Dalam 15 tahun terakhir, kemajuan dalam pencitraan telah pindah ke ranah baru. Pada tahun 2014, tim peneliti Jerman dan Amerika memenangkan Hadiah Nobel dalam Kimia untuk metode yang disebut mikroskop fluoresensi resolusi-super, sangat kuat sehingga kita sekarang dapat melacak protein tunggal saat mereka berkembang di dalam sel. Metode yang berkembang ini, dimungkinkan melalui teknik inovatif yang membuat gen bercahaya atau "berpendar", memiliki aplikasi potensial dalam memerangi penyakit seperti Parkinson dan Alzheimer.
Mikroskop Italia terbuat dari gading pada pertengahan 1600-an, bagian dari Koleksi Golub di UC Berkeley. (Koleksi Golub di UC Berkeley.) Ruzin mengepalai Fasilitas Pencitraan Biologis di University of California di Berkeley, tempat para peneliti menggunakan teknologi untuk mengeksplorasi segala sesuatu mulai dari struktur mikro di dalam parasit Giardia dan pengaturan protein di dalam bakteri. Untuk membantu membawa penelitian mikroskop modern ke dalam konteks, ia membuat titik berbagi beberapa item tertua dari Koleksi Golub - salah satu koleksi yang ditampilkan secara publik terbesar di dunia, berisi 164 mikroskop antik yang berasal dari abad ke-17 - dengan gelar sarjana siswa. Dia bahkan membiarkan mereka menangani beberapa yang tertua dalam koleksi, termasuk yang Italia yang terbuat dari gading sekitar tahun 1660.
“Saya katakan 'jangan fokus karena itu akan pecah, ' tapi saya membiarkan siswa melihatnya, dan itu semacam membawanya pulang, ” kata Ruzin.
Namun, terlepas dari kekuatan mikroskop super-resolusi, itu memang menimbulkan tantangan baru. Misalnya, kapan saja spesimen bergerak di bawah resolusi tinggi, gambarnya kabur, kata Ruzin. "Jika sel bergetar hanya dengan gerakan termal, memantul oleh molekul air yang memukulnya karena mereka hangat, ini akan membunuh resolusi super karena membutuhkan waktu, " kata Ruzin. (Untuk alasan ini, para peneliti umumnya tidak menggunakan mikroskop super-resolusi untuk mempelajari sampel langsung.)
Tetapi teknologi seperti Amos 'Mesolens — dengan perbesaran yang jauh lebih rendah, hanya 4x tetapi bidang pandang yang jauh lebih luas yang mampu menangkap hingga 5 mm, atau sekitar lebar kuku jari kelingking — dapat menampilkan spesimen langsung. Ini berarti mereka dapat menyaksikan embrio tikus berkembang dalam waktu nyata, mengikuti gen yang terkait dengan penyakit pembuluh darah pada bayi baru lahir ketika mereka menjadi tergabung dalam embrio. Sebelum ini, para ilmuwan akan menggunakan sinar-X untuk mempelajari penyakit pembuluh darah pada embrio, tetapi tidak akan mendapatkan detail ke tingkat sel seperti yang mereka lakukan dengan Mesolens, kata Amos.
"Hampir tidak pernah ada orang yang mendesain lensa objektif baru untuk mikroskop cahaya dan kami telah melakukan ini untuk mencoba mengakomodasi jenis spesimen baru yang ingin dipelajari oleh para ahli biologi, " kata rekan Amos Gail McConnell di University of Strathclyde Glasgow, menjelaskan bahwa para ilmuwan tertarik untuk mempelajari organisme utuh tetapi tidak ingin kompromi dengan jumlah detail yang dapat mereka lihat.
Sejauh ini, industri penyimpanan data telah menyatakan minatnya untuk menggunakan Mesolens untuk mempelajari bahan semikonduktor, dan anggota industri minyak telah tertarik menggunakannya untuk mengambil bahan gambar dari situs pengeboran prospektif. Desain lensa menangkap cahaya dengan sangat baik, memungkinkan para peneliti untuk menonton detail rumit yang terungkap seperti sel-sel dalam tumor bermetastasis yang bermigrasi keluar. Tetapi potensi sebenarnya dari teknik-teknik baru ini masih harus dilihat.
"Jika Anda mengembangkan tujuan yang berbeda dari apa pun yang telah dibuat selama 100 tahun terakhir, itu membuka semua jenis kemungkinan yang tidak diketahui, " kata Amos. "Kami baru mulai untuk mengetahui apa kemungkinan itu."
Catatan Editor, 31 Maret 2017: Posting ini telah diedit untuk mencerminkan bahwa Leeuwenhoek tidak memperbaiki mikroskop majemuk dan bahwa koleksi Ruzin sudah ada sejak abad ke-17.
Steven Ruzin di UC Berkeley mengatakan Hooke Micrographia, yang diterbitkan pada tahun 1665, dapat dibandingkan dengan Gutenberg Bible of biolog, yang berisi gambar-gambar spesimen mikroskop yang pertama kali terperinci mulai dari butiran serbuk sari hingga kain. Masih kurang dari 1.000 salinan, tetapi gambar terus menginspirasi para ahli mikroskop hari ini. (Wikimedia Commons) 
Bulan yang dijelaskan dalam Micrographia (Wikimedia Commons) 
Sel suber dan daun mimosa (Wikimedia Commons) 
Schem. XXXV - Dari Kutu. Diagram kutu (Wikimedia Commons) 
Schem. XXIX - "Agas Belly'ed yang agung atau Agas betina". Sebuah ilustrasi tentang nyamuk yang digambar oleh Sir Christopher Wren. (Wikimedia Commons) 
Schem. XXIV - Tentang Struktur dan Gerakan Sayap Lalat. Sebuah ilustrasi tentang Blue Fly yang diduga telah dibuat oleh Sir Christopher Wren. (Wikimedia Commons) 
Mikroskop Robert Hooke, sketsa dari publikasi aslinya (Wikimedia Commons) 
Kutu yang terkenal dijelaskan dalam buku Micrographia (Wikimedia Commons) 
Beberapa kristal yang dijelaskan dalam Micrographia (Wikimedia Commons) 
Gabus dijelaskan dalam Micrographia oleh Robert Hooke (Wikimedia Commons)
