Penerapan Mikroskop Biologi dalam Penelitian Biologi
Binnig menemukan mikroskop probe pemindai, yang memenangkan Hadiah Nobel Fisika. Mikroskop ini mencapai pembesaran yang jauh lebih tinggi daripada mikroskop optik konvensional. Perbesaran mikroskop optik umumnya tidak melebihi 1000 kali, sedangkan mikroskop elektron berkisar antara 100 hingga 100.000 kali, sehingga memungkinkan pengamatan langsung terhadap zat dan strukturnya pada skala atom, yang telah menjadi salah satu alat utama untuk menjelajahi dunia mikro.
Salah satu keunggulan mikroskop kekuatan atom (AFM) terletak pada persiapan spesimen. Berbeda dengan mikroskop elektron transmisi, spesimen tidak memerlukan perlakuan awal yang rumit. AFM dapat mengamati spesimen biologis hidup dalam kondisi fisiologis, dan dapat menangkap perubahan dinamis sel hidup; selanjutnya AFM dapat memperoleh gambar tiga dimensi. Pada prinsipnya, mikroskop kekuatan atom (AFM) dapat mengetahui morfologi permukaan dan sifat fisik spesimen pada skala nanometer, serta melakukan pencitraan dan analisis biomolekul individu. Selain itu, sinyal yang diperoleh AFM juga dapat berfungsi sebagai spektrum kekuatannya.
AFM juga memungkinkan pemrosesan dan modifikasi atom atau molekul pada permukaan spesimen, seperti memindahkan atom, memotong spesimen, dan melubangi membran sel. Singkatnya, resolusi tinggi, kemampuan mengamati spesimen hidup, dan pemrosesan sampel adalah tiga keunggulan utama mikroskop gaya atom (AFM).
AFM biasanya menggunakan mikrokantilever dengan ujung yang tajam. Ada gaya lemah antara ujung dan permukaan sampel. Gaya interaksi antara ujung dan sampel dapat digambarkan dengan potensial Lennard-Jones: \\(F(r)=-\\frac{C}{r^D}+\\frac{\\sigma}{r^Z}\\); dimana C dan \\(\\sigma\\) adalah konstanta, r mewakili jarak antara ujung dan sampel. Ketika ujungnya dekat dengan permukaan sampel, gaya antarmolekul berubah dari gaya tarik menarik menjadi gaya tolak menolak. Gaya yang bekerja pada ujungnya mencerminkan morfologi permukaan dan informasi karakteristik sampel lainnya.
Misalnya, \\(F(Z)=2KB(3-Z)\\), dengan Z adalah posisi vertikal ujung probe. Mikroskop gaya atom medan terang (BFAM) menggunakan seikat sinar laser yang dipantulkan dari permukaan spesimen dan kemudian diproyeksikan ke fotodioda terpisah. Variasi struktur permukaan benda uji menyebabkan perubahan intensitas cahaya, sehingga dapat diperoleh informasi topografi permukaan benda uji. Gambar morfologi tingkat atom dari spesimen dicatat dengan mikroskop kekuatan atom.
