PENDAHULUAN

Pada tahun 1931, Seorang ilmuwan dari universitasBerlinyaitu Dr.Ernst Ruskamembuatmikroskop transmisi elektron(TEM) untuk pertama kali. Untuk hasil karyanya ini, dunia ilmu pengetahuan menganugerahinya hadiahPenghargaan Nobeldalam bidang fisika pada tahun1986. Mikroskop yang pertama kali diciptakannya menggunakan dua lensamedan magnet, namun tiga tahun kemudian ia menyempurnakan karyanya tersebut dengan menambahkan lensa ketiga, lalu mendemonstrasikan hasil kinerjanya dan menghasilkan resolusi hingga 100nanometer(nm). TEM adalah mikroskop yang mampu untuk melakukan pembesaran objek sampai 2 juta kali, yang menggunakanelektro statikdanelektro magnetikuntuk mengontrol pencahayaan dan tampilan gambar serta memiliki kemampuan pembesaran objek serta resolusi yang jauh lebih bagus daripadamikroskopcahaya. Mikroskopelektronini menggunakan jauh lebih banyakenergidanradiasielektromagnetik yang lebih pendek dibandingkan mikroskopcahaya. TEM memiliki fungsi untuk analisis morfologi, struktur Kristal, dan komposisi spesimen. TEM menyediakan resolusi lebih tinggi dibandingkan SEM, dan dapat memudahkan analisis ukuran atom (dalam jangkauan nanometer) menggunakan energi berkas electron sekitar 60 sampai 350 keV. TEM cocok untuk menjadi teknik pencitraan material padat pada resolusi atomik. Informasi struktural diperoleh dengan pencitraan resolusi tinggi dan difraksi elektron. Ketikaelektron ditumbukkan pada sebuah permukaan material, dari permukaan tersebut akan dipancarkan elektron. Dari pancaran elektron ini bisa diketahui bentuk permukaan zat tersebut, itu merupakan asas kerja dari mikroskop elektron TEM yang banyak dipakai secara luas pada pengembangan material, kedokteran, bioteknologi dsb.Komposit nano Hydroksiapatit-Polyamida (n-HA/PA66) merupakan salah satu aplikasi biomaterial yang digunakan untukmaterialscaffoldtissue enggineringdantissue repair.n-HA/PA66 memiliki sifat biokompatibilitas dan bioaktivitas yang baik, tapi masih belum cukup untuk membuktikan bahwa biomaterial tersebut layak untuk dimanfaatkan. UjiTEM sangat perlu dilakukan untuk mengetahui struktur kristal yang memberi konstribusi pada karakteristik material tersebut dan kandungan spesimennya. Oleh karena itu, disini akan dijelaskan lebih lanjut tentang TEM dan aplikasi uji TEM dalam riset n-HA/PA66.PEMBAHASAN2.1 Gambaran Umum tentang TEMDalam dunia riset, TEM (Transmission Elektron Mikroskopi) merupakan salah satu mikroskop yang penting. Dalam bidang material, mikroskop ini digunakan untuk mengetahui struktur material terutama bentuk kristal penyusun material yang tidak dapat dilihat dengan mikroskop biasa.TEM pertama kali dirancang oleh Max Knoll dan Ernst Ruska, prinsip awalnya dilakukan dengan membatasi pencitraan gelombang cahaya terhadap objek yang akan dilihat. TEM sederhana tersebut hanya mampu melihat spesimen material hingga 16 kali pembesaran. Perkembangan berikutnya kohler dan rohr menggunakan sinar ultraviolet, namun hal ini tidak dapat menghasilkan apa-apa karena terkendala oleh panjang gelombang. Berikutnya max knoll di Universitas Teknologi Berlin Adolf Matthias, ditunjuk sebagai ketua tim peneliti untuk mengembangkan desain CRO yaitu desain defleksi sinar katoda. Kemudian pada tahun 1931 kelompok ini berhasil menggerakkan gambar yang diperbesar darigrid meshyang diletakkan di atasaperture anoda. Alat ini menggunakan dua lensa magnetik untuk mencapai perbesaran yang lebih tinggi, dan alat inilah yang disebut mikroskop elektron pertama (TEM).

Pic. 1. Sketch of first electron microscope, originally from Ruska's notebook in 1931, capable of only 16 times magnificationPic.2. The first practical TEM, Originally installed at I. G Farben-Werke and now on display at the Deutsches Museum in Munich, Germany

2. 1.1 Komponen-Komponen TEMBerikut adalah komponen-komponen yang terdapat pada TEM beserta penjelasannya:a. Ruang VakumRuang vakum merupakan tempat dimana interaksi elektron terjadi, TEM standar mempunyai tekanan rendah, yaitu sekitar 10-4 Pa. Hal ini dimaksudkan untuk mengurangi perbedaan tegangan antara katoda dan ground, dan juga untuk mengurangi frekuensi tumbukan elektron dengan atom gas. TEM membutuhkan film yang harus diganti secara teratur tiap ada objek sehingga TEM dilengkapi dengan sistem pemompaan ganda dan airlocks.1. Spesimen stagesPic. 3. TEM sample support mesh "grid", withultramicrotomysectionsSpesimen stages merupakan bagian yang fungsinya seperti meja preparat di mikroskop, yaitu berfungsi untuk meletakkan objek / preparat. Di dalam TEM spesimen stages ini berupa jaring-jaring yang bisa kita sebut dengan grid. Ukuran grid TEM standar ditunjukkan seperti cincin berdiameter 3,05 mm, dengan ukuran ketebalannya mulai dari 100 pM. Sampel diletakkan pada grid dengan ukuran sekitar 2,5 mm. Grid biasanya terbuat dari tembaga, molibdenum, emas atau platinum. Untuk spesimen Elektron transparan memiliki ketebalan sekitar 100 nm, tetapi nilai ini tergantung pada tegangan percepatan.c. Electron gunElectron gunmerupakan bagian dari TEM yang sangat penting, electron gun inilah yang menghasilkan partikel-partikel elektron.Electron gun memiliki beberapa komponen penting yaitu filament, sebuahbiasing circuit, sebuahWehnelt cap, dan sebuahextraction anode. Elektron dapat di ekstraksi dengan menghubungkan filamen ke komponen power supply negatif, elektron "dipompa" dari pistol elektron ke lempeng anoda, dan kolom TEM. Pistol dirancang untuk membuat berkas elektron keluar dari rangkaian dalam beberapa sudut tertentu, yang dikenal sebagai semiangle perbedaan pistol, . Dengan membentuk silinder Wehnelt sedemikian rupasehingga memiliki muatan negatif lebih tinggi dari filamen itu sendiri untuk membuat elektron keluar dari filamen dengan cara diverging. Pada operasi yang tepat, pola elektron dipaksa untuk memusat dengan diameter ukuran minimumcrossoverpistol.Pic. 4. Cross sectional diagram of an electron gun assembly, illustrating electron extractiond. Electron lensLensa elektron dirancang dengan cara meniru lensa optik, dengan memfokuskan sinar sejajar pada beberapa constant focal length. Lensa dapat beroperasi elektrostatis atau magnetis. Mayoritas lensa elektron untuk TEM menggunakan kumparan elektromagnetik untuk menghasilkan lensa cembung. Untuk lensa ini bidang yang dihasilkan harus radial simetris, deviasi dari simetri radial lensa magnetik dapat menyebabkan aberasi seperti astigmatisme,sphericalandchromatic aberration. lensa elektron dibuat dari besi, komposit besi-kobalt atau kobalt nikel.Pic. 5. Diagram of a TEM split polepiece design lensSeluruh komponen termasuk yoke, kumparan magnet, pole, polepiece, dan sirkuit kontrol eksternal. polepiece harus diproduksi dengan cara yang sangat simetris. Kumparan yang menghasilkan medan magnet berada di dalam yoke. Biasanya kumparan dapat digunakan dengan tegangan tinggi, oleh karena itu memerlukan isolator untuk mencegah hubungan arus pendek pada komponen lensa. Thermal distributor digunakan sebagai peredam panas yang dihasilkan oleh energi yang hilang dari gulungan coil.e. Apertures Aperturesmerupakan lingkaran pelat logam yang terdiri dari sebuah cakram logam kecil yang cukup tebal.Aperturesdigunakan untuk mengarahkan elektron agar dapat berjalan secara aksial. Hal ini dapat menyebabkan efek simultan, yaituaperturesdapat mengurangi berkas intensitas dan menghilangkan elektron yang tersebar di berbagai sudut tinggi, yang mungkin disebabkan oleh proses-proses yang tidak diinginkan seperti aberration, atau karena difraksi dari interaksi dalam sampel. Dengan adanyaaperture,elektron sentral dalam TEM menyebabkan dua efek simultan: Pertama, aperturemengurangi intensitas berkas elektron yang disaring dari balok, yang mungkin diinginkan dalam kasus sampel balok sensitif. Kedua, penyaringan ini menghilangkan elektron yang tersebar pada sudut tinggi, yang mungkin disebabkan oleh proses-proses yang tidak diinginkan seperti aberration bola atau berwarna, atau karena difraksi dari interaksi dalam sampel.2.1.2 Fungsi TEM Sebuah Transmisi Elektron Mikroskop memiliki desain dengan mikroskop cahaya biasa, hanya perbedaannya TEM menggunakan cahaya sedangkan mikroskop cahaya menggunakan elektron.Dengan menggunakan tabung sinar katoda atau filamen (sumber untuk menghasilkan elektron yang sangat baik) dalam ruang hampa,elektron dipercepat menuju spesimen yang diberikan dengan menciptakan perbedaan potensial. Serangkaian magnet dan lubang logam digunakan untuk memfokuskan uap elektron menjadi monokromatik balok, yang kemudian bertabrakan dengan spesimen dan berinteraksi sesuai dengan kerapatan dan muatanmaterial.Interaksi ini sangat dipengaruhi oleh bagaimana spesimen yang telah disiapkan.Adapun Sinyal utama yang dapat dihasilkan oleh TEM cukup banyak, antara lain:1. Diffraction contrast: dipakai untuk mengkarakterisasi kristal, biasanya digunakan untuk menganalisa defek, endapan, ukuran butiran dan distribusinya.2. Phase contrast: dipakai untuk menganalisa kristalin material.3. Mass/thickness contrast: dipakai untuk karakterisasi bahan amorf berpori, polimer, dan material lunak lainnya.4. 4.Difraksi elektron5. 5.Characteristic X-ray (EDS)6. 6.Elektron energy loss spectroscopy7. 7.Scanning transmission electron microscopy2.1.3 Cara Kerja TEMPrinsip kerja TEM dimulai dari sumber emisi (pistol elektron) yaitu tungsten filament dan sumber lanthanum hexaboride (LaB6). Dengan menghubungkan pistol ini dengan sumber tegangan tinggi (biasanya ~ 100-300 kV) pistol akan mulai memancarkan elektron baik dengan termionik maupun emisi medan elektron ke sistem vakum. ekstraksi ini biasanya dibantu dengan menggunakan silinder Wehnelt. Interaksi elektron dengan medan magnet akan menyebabkan elektron bergerak sesuai dengan aturan tangan kanan, sehingga memungkinkan elektromagnet untuk memanipulasi berkas elektron. Penggunaan medan magnet akan membentuk sebuah lensa magnetik dengan kekuatan fokus variabel yang baik. Selain itu, medan elektrostatik dapat menyebabkan elektron didefleksikan melalui sudut yang konstan. Dua pasang defleksi yang berlawanan arah dengan intermediete gap akan membentuk arah elektron yang menuju lensa.Berbeda dengan mikroskop optik yang lensanya bisa langsung difungsikan, optik TEM bisa cepat berubah, TEM memiliki kekuatan lensa yang berubah-ubah. Lensa TEM memungkinkan adanya konvergensi, dengan sudut konvergensi yang sesuai variabel parameter, TEM berkemampuan untuk mengubah perbesaran dengan cara memodifikasi jumlah arus yang mengalir melalui kumparan, lensa quadrupole atau lensa hexapole.Biasanya TEM terdiri dari tiga tahap lensing. Tiga tahapan itu adalah lensa kondensor, lensa objektif, dan lensa proyektor. Lensa kondensor bertanggung jawab untuk pembentukan balok primer, sedangkan fokus lensa objektif datang melalui sampel itu sendiri (dalam STEM mode pemindaian, ada juga lensa objektif atas sampel untuk membuat konvergen insiden berkas elektron). Lensa proyektor digunakan untuk memperluas sinar ke layar fosfor atau perangkat pencitraan lain, seperti film. Pembesaran TEM berasal dari rasio jarak antara spesimen dan lensa objektif. Selain itu, lensa Quad dan hexapole digunakan untuk koreksi distorsi balok asimetris, yang dikenal sebagai astigmatisme. Perlu dicatat bahwa konfigurasi TEM optik sangat berbeda dengan kenyataannya.Pic. 6. Schematic of Elektron MicroscopeSistem Pencitraan dalam TEM terdiri dari layar fosfor, partikel sulfida seng dibuat sehalus mungkin (10-100 pM) untuk pengamatan langsung oleh operator. sistem perekaman gambar berdasarkan film atau doped YAG yang digabungkan CCD layar. Perangkat ini dapat dihapus atau dimasukkan ke dalam jalur balok oleh operator sesuai kebutuhan. Secara umum, elektron dihamburkan oleh partikel di udara, yang diperlukan untuk memperbaiki (dan mempercepat) electron yang disimpan dalam ruang hampa untuk mencegah interaksi yang tidak diinginkan. Oleh karena itu, untuk melihat spesimen hidup di bawah TEM sulit untuk dilakukan. Selain itu, elektron tidak dapat menembus spesimen yang sangat tebal lapisannya, karena hanya dapat menembus 50-100nm.Agar pengamat dapat mengamati preparat dengan baik, diperlukan persiapan sediaan dengan tahap sebagai berikut:1. Melakukan fiksasi, yang bertujuan untuk mematikan sel tanpa mengubah struktur sel yang akan diamati. fiksasi dapat dilakukan dengan menggunakan senyawa glutaraldehida atau osmium tetroksida.2. 2.a.Preparation of thin sectionsPengambilan sampel dengan ferri osmium (stabilizes lipid bilayers and proteins) dan glutaldehyde (biasanya dilakukan di awal; ikat silang protein dengan ikatan kovalen)memungkinkan spesimen untuk mengalami dehidrasi dan diresap oleh resin monomer.Spesimen dalam bentuk ini dapat diiris dengan baik dengan pisau berlian atau ultra-mikrotom untuk membuat bagian tipis yang bebas dari air dan zat volatil.Prosedur ini, kurang umum digunakan, oleh karena itu digantikan olehrapid freezing.b.Rapid freezing:Pembuatan lapisan tipis suatu specimen yang diuji dengan TEM tidak menjamin bahwa specimen tersebut dapat dilihat di bawah mikroskop menyerupai struktur dalam bentuk (ikatan kovalen protein yang bermasalah) yang sebenarnya.Untuk memastikan sepenuhnya, specimen harus diawetkan tanpa merusak struktur aslinya yang dimungkinkan untuk pembekukan cepat spesimen dengan sedemikian rupa sehingga mencegah molekul-molekul air dari menata ulang strukturnya sendiri.Denganmemasukkan spesimen ke dalam sebuah polesan blok tembaga dingin dengan helium, airsangat dingin dimasukkan ke dalam es vitreous.Spesimen ini kemudian dapat diiris dengan sebuah ultramicrotome.1. Pelapisan/pewarnaan, bertujuan untuk memperbesar kontras antara preparat yang akan diamati dengan lingkungan sekitarnya. Pelapisan/pewarnaan dapat menggunakan logam berat seperti uranium dan timbal.2.2 Uji TEM n-HA-Polyamida2.2.1 Tissue Engginering Scaffold n-HA polyamida Hidroksiapatit (HA), Ca10 (PO4)6(OH)2merupakan komponen mineral utama bagi tulang manusia dan gigi. Hidroksiapatit merupakan suatu kalsium fosfat keramik yang terdiri atas kalsium( Ca ) dan fosfat ( P ) dan berasal dari rangka sejenis binatang karang dan melalui proses hidrotermal. Oleh karena itu Hidroksiapatit tidak mengalami permasalahan dari segi kesesuaian biologi dan Hidroksiapatit juga bersifat bioaktif yakni, dapat membentuk ikatan langsung dengan tulang. Karena itu hidroksiapatit dapat digunakan sebagai bahan pengganti tulang misalnya untuk mengisi dan membangun kembali tulang yang cacat. Hidroksiapatit yang berbasis senyawa kalsium fosfat yang mempunyai rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2merupakan bagian keluarga apatit (struktur kimia sama tetapi komposisi kimia yang berbeda). HA dapat diproduksi dalam 2 metode utama yaitu menggunakan bahan mentah dari bahan alami (tulang sapi dan karang) dan secara sintetis. Bahan alami hidroksiapatit sesuai karena memiliki koneksi pori-pori yang sama seperti tulang manusia, namun masalah pencemaran dan benda asing yang ada telah membatasi penggunaannya. Dengan demikian, produksi HA sintetis telah diberi fokus secara meluas untuk mengatasi masalah tersebut.Sifat mekanis merupakan faktor yang membatasi penggunaan Hidroksiapatit (HA) sebagai implan pada bagian yang menanggung beban tinggi. HA yang memiliki sifat mekanis yang baik perlu diperluas lagi penggunaannya dalam bidang kedokteran pada masa depan. Umumnya faktor yang mempengaruhi sifat mekanis HA adalah bentuk serbuk, pori-pori dan besar butir. Serbuk HA yang memiliki stoikiometri yang tepat yaitu rasio molar Ca/P sebanyak 1,67 dapat menghasilkan sifat mekanis HA yang unggul. Pori-pori HA yang letaknya tidak teratur dan tidak saling berhubungan satu sama lain ( tidak rekat) menyebabkan pori-pori menjadi faktor yang melemahkan kekuatan bahan HA. Ukuran butir juga menurunkan kekuatan bahan HA dengan mempengaruhi ikatan antara butir.Hidroksiapatit merupakan suatu kalsium fosfat yang banyak digunakan sebagai material pengganti tulang atau untukbone filler(pengisi tulang) karena kemiripannya dengan struktur kimia tulang dan jaringan keras pada mamalia. Material ini dapat mendorong pertumbuhan tulang baru, serta mempercepat proses penyatuan tulang. Dengan sifat-sifat mekanik dan struktur kimia yang dimiliki sehingga HA banyak digunakan sebagai implan tulang femur (paha) manusia dan dalam aplikasi bidang medis lainnya.Kelebihan dari hidroksiapatit sehingga cukup aman di gunakan sebagai bahan implant adalah karena sifatnya yang non toxic, cepat membangun ikatan dengan tulang (bioaktif), memiliki biokompatibilitas dengan jaringan sekitar dan dapat mendorong pertumbuhan tulang baru dalam strukturnya yang berpori.2.2.2 Uji TEMAdapun cara untuk mengetahui karakteristik dari n-HA/PA66 komposit adalah dengan menggunakan TEM. Berikut adalah hasil dari uji karakteristik dari n-HA/PA66 dengan TEM.Pic.7. photograph of n-HA crystals (a) and n-HA/PA66 composite (b)Berdasarkan gambar (a) tampak n-HA Kristal, dan gambar (b) menunjukkan n-HA/PA66. Tampak bahwa ukuran n-HA Kristal dan n-HA /PA66 memiliki diameter sekitar 10-20 nm dan panjang sekitar 70-90 nm. Serabut-serabut pada n-HA Kristal disisipkan ke dalam matrix PA66 dan dikombinasikan dengan PA66 secara utuh sehingga menghasilkan kristal yang lebih padat dan berbentuk dibandingkan dengan hanya partikel n-HA. Struktur kristal dari suatu material menunjukkan tingkat bioaktivitas dan solubilitas material. Tampak pada gambar diatas bahwa n-HA/PA66 memiliki bentuk kristal yang lebih padat dan berbentuk yang menunjukkan PA66 dan n-HA terkombinasi sempurna. Hal ini akan mengakibatkan komposit n-HA/PA66 dapat bekerja secara maksimal untuk membangun ikatan dengan tulang; memiliki bioktivitas yang tinggi. Bioaktivitas akan mempengaruhi tingkat solubilitas, semakin tinggi bioaktivitasnya maka akan semakin tinggi pula tingkat solubilitasnya.KESIMPULANDalam dunia riset, TEM (Transmission Elektron Mikroskopi) merupakan mikroskop yang digunakan untuk mengetahui analisis morfologi, struktur Kristal, struktur material terutama bentuk kristal penyusun material dan komposisi specimen. Struktur kristal dari suatu material menunjukkan tingkat bioaktivitas dan solubilitas material. TEM memiliki high resolutin sehingga dapat menjakau dalam ukuran nano meter.Berdasarkan hasil uji TEM diketahui bahwa ukuran n-HA Kristal dan n-HA /PA66 memiliki diameter sekitar 10-20 nm dan panjang sekitar 70-90 nm dan komposit scaffold n-HA/PA66 memiliki bioaktivitas dan solubilitas yang tinggi.DAFTAR PUSTAKAAnonymous,Transmission Electron Microscope (TEM),accesed from unl.edu.com on Saturday, March 12, 2011, 11:04:18 PM.Jie, Wei, Li Yubao. 2003.Tissue engineering scaold material of nano-apatite crystals and polyamide composite. European Polymer Journal 40 (2004) 509515, accessed fromwww.elsevier.com/locate/europoljon Friday, March 04, 2011, 3:07:17 PM.Ruska, E., Knoll, M.. Diemagnetische Sammelspule fr schnelle Elektronenstrahlen. Z. techn. Physik, 12 (1931) 389-400 und 448 eingegangen am 28.4.1931.Stoian, Razvan, Andrew Hill, Tress Hariiman.2006.TEM,SEM, and AFM of polystyrene latex and gold nanoparticles.Submission of journal publication on December, 7 2006.