Nationalgeographic.co.id—Molekul merupakan gabungan dari dua atau lebih atom. Ukurannya masih kecil hingga sulit dilihat dengan mata telanjang. Sebelumnya pada Mei 2021, para ilmuwan berhasil memotret atom bersolusi tinggi untuk pertama kali.
Jika ilmuwan sudah bisa memotret benda terkecil itu, bukanlah tidak mungkin untuk memvisualisasikan struktur molekul kecil dengan jelas. Penemuan terbaru mengungkapkan teknologi canggih untuk memberi gambaran molekul. Tujuannya supaya bisa membuat potensi lebih luas untuk penerapan kehidupan sehari-hari untuk pengetahuan tentang plastik dan obat-obatan.
Visualisasi molekul dengan jelas itu dilaporkan para peneliti di jurnal Nano Letters pada 12 April 2022. Temuan ini jadi teknik untuk penelitian lain untuk mempelajari fitur, reaksi, proses kimia, dan bagaimana menyintensis senawa kimia molekul.
"Struktur molekul sangat mendasar untuk fungsinya," ujar Pinshane Huang, pemimpin penelitian dari Department of Materials Science and Engineering, University of Illinois Urbana-Champaign, AS. "Apa yang telah kami lakukan dalam pekerjaan kami adalah memungkinkan untuk melihat struktur itu secara langsung."
Pengembangan untuk melihat molekul yang dilakukan adalah berkat kemajuan signifikan dalam teknologi elektro kriogenik, jelas para peneliti. Mikroskop itu bisa membantu ahli biologi membukukan molekul besar (makromolekul) untuk mendapat gambar berkualitas tinggi dari strukturnya.
"Pertanyaan yang saya miliki adalah: Apa yang mencegah mereka melakukan hal yang sama untuk molekul kecil?" terang Huang dalam rilis University of Illionis-Champaign. “Jika kami bisa melakukannya, Anda mungkin dapat memecahkan struktur (dan) mencari cara untuk mensintesis senyawa alami yang dibuat oleh tumbuhan atau hewan. Ini bisa menjadi sangat penting, seperti pejuang penyakit yang hebat."
Yang menjadi kendala bagi para peneliti, molekul kecil seringkali berukuran 100 atau bahkan 1.000 kali lebih kecil dari molekul besar. Inilah tantangan mereka untuk mendeteksi, walau sangat sulit.
Huang dan para mahasiswanya mulai menggunakan metodologi molekul bersar yang ada sebagai titik awal. Tujuannya agar bisa mengembangkan teknik pencitraan untuk membuat struktur molekul yang lebih kecil bisa muncul.
Selain itu, molekul kecil punya sinyal pencitraan yang mudah dipengaruhi oleh lingkungan sekitarnya. Mereka menggunakan es yang biasanya berfungsi sebagai lapisan perlindungan dari lingkungan keras mikroskop elektron, tetapi pada molekul kecil menggunakan cara lain untuk menjaga struktur molekul kecil tetap terjaga.
Huang dan tim memanfaatkan grafena, yakni satu lapisan lembaran datar tipis di mana setiap atom karbonnya memiliki ikatan sp pangkat dua dan dikemas rapat. Grafena punya bentuk kisi sarang lebah segi enam yang rapat, sehingga bisa menghilangkan reaksi merusak selama pencitraan molekul. Singkatnya, cara ini menstabilkan lingkungan molekul kecil yang sebenarnya baru salah satu masalah yang harus ditangani.
Lalu para peneliti harus membatasi penggunaan elektron, serendah seperjuta jumlah pemilihan yang biasanya digunakan untuk menerangi molekul. Elektron dosis rendah berguna memastikan molekul masih cukup bergerak untuk ditangkap gambar oleh para peneliti.
"Cara yang saya suka memikirkannya adalah molekul tidak suka dibombardir oleh pemilihan energi yang lebih tinggi," terang Blanka Janicek, peneliti pasca-doktoral di Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley di Berkeley, yang menjadi rekan peneliti.
"Tetapi kita perlu melakukan itu untuk dapat melihat strukturnya, dan grafena membantu menghilangkan sebagian muatan itu dari molekul sehingga kita benar-benar bisa mendapatkan gambar yang bagus," lanjutnya.
Sayangnya, dalam praktek mereka, molekul-molekul itu sering hampir tidak terlihat dalam gambar. Pada lensa, ketika hendak diambil gambarnya, awalnya terlihat seperti derau atau TV stati yang hampir tidak bisa melihat apa-apa.
Para peneliti menggunakan trik dengan mengisolasi struktur atom dari derau itu dengan menggunakan transformasi Fourier. Transformasi Fourier adalah fungsi matematika yang bisa memecah gambar milekul kecil, dan digunakan oleh Huang dan tim untuk melihat frekuensi spasialnya.
Baca Juga: Rahasia Kimia di Balik Barbekyu Bakar Berasap yang Begitu Lezat
Baca Juga: Reaktor Masa Depan, Menyediakan Oksigen dan Membangun Koloni di Mars
Baca Juga: Telusur Awal Mula Penemuan hingga Percobaan Pertama Energi Nuklir
Baca Juga: Senyawa Baru di Atmosfer Ini Pengaruhi Kesehatan Manusia dan Iklim
Singkatnya, cara inilah yang memungkinkan tim untuk membuat gambar yang tajam dari atom molekul tanpa merusak intergritas molekul individu. Penemuan kolektif ini membuka jalan bagi lebih banyak temuan pencitraan molekul struktural, jelas tim.
"Kami belum membuatnya mudah, tetapi teknik pencitraan seperti ini akan mengubah banyak ilmu pengetahuan dan teknologi," tutur Huang.
"Kami mengambil gambar ratusan ribu molekul dan menambahkannya bersama-sama untuk membangun satu gambar yang jelas," Priti Kharel, mahasiswa pascasarjana di Department of Chemistry, University of Illinois Urbana−Champaign. "Sangat penting untuk secara akurat menentukan struktur molekul-molekul ini."
“Suatu hari, ini akan menjadi cara kita memecahkan struktur molekul kecil,” tambah Huang. "Orang-orang hanya akan melemparkan molekul ke dalam mikroskop elektron, mengambil gambar dan selesai. Itu berpotensi mengubah hidup, dan kami membuatnya ada."