Mikrotom adalah instrumen krusial dalam dunia biologi, kedokteran, dan ilmu material. Secara harfiah, namanya berasal dari bahasa Yunani, mikros (kecil) dan temnein (memotong). Fungsi utamanya adalah menghasilkan sayatan atau irisan tipis (seksi) dari material biologis atau non-biologis, dengan ketebalan mulai dari beberapa mikrometer hingga nanometer.
Presisi yang luar biasa ini memungkinkan para ilmuwan untuk mengamati struktur internal sampel di bawah mikroskop, baik itu sel, jaringan, organ, maupun struktur material komposit. Tanpa mikrotom, studi detail mengenai patologi penyakit, perkembangan embrio, atau komposisi internal material tertentu hampir mustahil dilakukan. Alat ini menjadi jembatan antara spesimen kasar dan pengamatan mikroskopis yang informatif.
Penggunaan mikrotom tidak sekadar memotong; ini adalah seni dan ilmu yang melibatkan pemahaman mendalam tentang sifat fisik sampel, pemilihan media penanaman (embedding medium) yang tepat, dan teknik penanganan pisau yang optimal. Kesalahan sekecil apa pun dalam proses pemotongan dapat menghasilkan artefak yang mengganggu interpretasi hasil, menekankan pentingnya kalibrasi dan keahlian operator.
Meskipun terdapat berbagai jenis mikrotom dengan mekanisme yang berbeda, semua beroperasi berdasarkan dua prinsip mekanis fundamental: gerak maju yang sangat terkontrol dan pemotongan dengan pisau yang sangat tajam. Mikrotom dirancang untuk memastikan bahwa setiap gerakan maju (feed) yang membawa blok sampel ke pisau memiliki ketebalan yang seragam, diukur dalam satuan mikrometer (µm).
Gerakan Maju (Feed Mechanism): Inti dari presisi mikrotom terletak pada sistem gerak majunya. Mekanisme ini biasanya menggunakan sekrup mikrometer atau sistem roda gigi presisi tinggi yang dikontrol secara elektronik atau mekanis. Dalam mikrotom modern, sistem feed otomatis ini mampu bergerak dalam kenaikan 0,5 µm hingga 10 µm, memberikan kontrol total kepada pengguna atas ketebalan sayatan yang diinginkan.
Kriteria Pemotongan yang Ideal: Agar sayatan dapat dihasilkan dengan baik, pisau harus selalu lebih keras daripada sampel, dan sudut kemiringan pisau (rake angle) harus disesuaikan untuk meminimalkan kompresi dan distorsi jaringan. Sayatan ideal haruslah utuh, tidak terdistorsi, dan memiliki ketebalan yang seragam di seluruh permukaannya.
Skema dasar yang menunjukkan pergerakan blok sampel dan pisau untuk menghasilkan sayatan jaringan.
Konsep memotong objek menjadi irisan tipis untuk pengamatan mikroskopis telah ada sejak abad ke-17. Namun, alat yang dapat menghasilkan sayatan seragam dan berulang baru muncul jauh setelah penemuan mikroskop majemuk. Perkembangan mikrotom berjalan seiring dengan kemajuan teknik fiksasi dan pewarnaan jaringan.
Pada awalnya, sayatan jaringan dibuat secara manual menggunakan pisau cukur yang sangat tajam—sebuah proses yang sangat bergantung pada keahlian operator dan menghasilkan ketebalan yang tidak konsisten. Di abad ke-18, alat pemotong sederhana yang membantu menahan sampel mulai diperkenalkan. Alat-alat awal ini, sering disebut sebagai mikrotom tangan atau mikrotom kayu, masih sangat primitif dan hanya cocok untuk sampel botani yang relatif kaku.
Revolusi mekanis terjadi pada pertengahan abad ke-19. Mikrotom Geser (Sliding Microtome) muncul sebagai salah satu desain mekanis pertama yang sukses. Dalam desain ini, blok sampel dipegang statis sementara pisau berat digeser melintasi permukaannya. Model ini sangat efektif untuk memotong blok jaringan besar dan kaku. Salah satu desain paling berpengaruh dikembangkan oleh His pada tahun 1870-an, yang menampilkan mekanisme pegas untuk mengontrol gerak maju.
Perkembangan penting lainnya adalah pengenalan Mikrotom Rotary (Rotary Microtome) oleh R. J. B. Minot pada tahun 1886. Desain Minot memanfaatkan mekanisme roda gigi yang menggerakkan blok sampel ke atas dan ke bawah dalam lintasan rotasi, dan setiap rotasi penuh menghasilkan irisan baru. Mikrotom rotary terbukti lebih stabil, lebih mudah dioperasikan, dan mampu menghasilkan pita sayatan (ribbon) yang sangat tipis dan berurutan, menjadikannya standar emas untuk histologi rutin hingga hari ini.
Abad ke-20 menyaksikan diversifikasi besar. Pengenalan Ultramikrotom menjadi krusial setelah munculnya Mikroskop Elektron Transmisi (TEM), memungkinkan pemotongan hingga skala nanometer (50–100 nm) menggunakan pisau kaca atau berlian. Selain itu, kebutuhan akan diagnosis cepat dalam pembedahan melahirkan Kriostat (Cryostat), yang menggabungkan mikrotom dengan ruang pendingin beku, memungkinkan sayatan jaringan beku tanpa fiksasi atau pembenaman kimiawi.
Saat ini, mikrotom telah berevolusi menjadi alat yang sepenuhnya otomatis dan terkomputerisasi, dengan kontrol suhu, sistem anti-getaran, dan motor presisi yang dikendalikan oleh mikroprosesor. Namun, prinsip dasar pemotongan presisi yang ditetapkan oleh Minot tetap menjadi tulang punggung teknologi ini.
Pemilihan jenis mikrotom sangat bergantung pada sifat sampel (keras, lunak, berlemak, beku), ketebalan sayatan yang dibutuhkan, dan tujuan pengamatan (mikroskop cahaya atau mikroskop elektron).
Mikrotom rotary adalah jenis yang paling umum dan banyak digunakan dalam laboratorium histopatologi klinis dan penelitian biomedis. Alat ini ideal untuk memotong jaringan yang telah ditanam (di-embedding) dalam blok parafin.
Mikrotom geser dirancang untuk memotong blok sampel yang sangat besar atau sampel yang lebih keras yang tidak ideal untuk mikrotom rotary. Pisau pada mikrotom geser sering kali lebih panjang dan lebih berat.
Kriostat adalah mikrotom rotary yang ditempatkan di dalam ruang pendingin (chilled chamber) yang suhunya dapat diatur, biasanya antara -10°C hingga -35°C. Alat ini digunakan untuk pemotongan jaringan beku.
Ultramikrotom adalah versi mikrotom yang paling canggih dan presisi, dirancang untuk menghasilkan sayatan ultra-tipis yang diperlukan untuk Mikroskop Elektron Transmisi (TEM) dan Mikroskop Elektron Pemindaian (SEM).
Vibratome digunakan untuk memotong jaringan hidup atau jaringan yang belum diproses kimiawi, sering kali untuk mempertahankan viabilitas sel.
Untuk memahami pengoperasian yang presisi, penting untuk menguraikan komponen utama mikrotom rotary, karena ini adalah model yang paling sering ditemui dalam lingkungan klinis.
Komponen ini bertanggung jawab untuk menahan blok jaringan (parafin) dengan kuat. Desainnya harus mampu menahan blok secara konsisten tanpa goyangan (vibrasi), yang akan menyebabkan variasi ketebalan. Pemegang blok seringkali memiliki mekanisme orientasi yang memungkinkan operator memutar dan memposisikan sampel sehingga permukaan pemotongan sejajar sempurna dengan bidang pisau. Penyelarasan yang tidak tepat adalah penyebab umum dari pemotongan yang tidak merata (wedge effect).
Kualitas dan ketajaman pisau adalah faktor tunggal terpenting dalam menghasilkan sayatan yang baik. Pisau modern umumnya adalah pisau sekali pakai yang terbuat dari baja berkualitas tinggi, tetapi mikrotom yang lebih tua atau ultramikrotom masih menggunakan pisau baja yang dapat diasah, pisau kaca, atau pisau berlian.
Pisau Holder berfungsi untuk menahan pisau pada sudut yang tepat relatif terhadap blok sampel. Sudut ini, dikenal sebagai Sudut Jernih (Clearance Angle) atau Sudut Penetrasi, harus diatur dengan hati-hati. Sudut yang terlalu kecil menyebabkan gesekan, sedangkan sudut yang terlalu besar dapat menyebabkan getaran atau chattering, merusak sayatan.
Ini adalah jantung presisi mikrotom. Pada mikrotom rotary, gerak maju biasanya terjadi pada akhir gerakan naik, memastikan bahwa pisau hanya bersentuhan dengan sampel saat bergerak ke bawah. Akurasi mekanisme feed harus dipertahankan melalui kalibrasi rutin; penyimpangan kecil dapat menghasilkan sayatan yang lebih tebal atau lebih tipis dari yang diatur.
Pada mikrotom manual dan semi-otomatis, roda pemutar digunakan untuk menggerakkan mekanisme rotary. Roda ini harus diputar dengan kecepatan yang konstan dan mulus. Kecepatan putaran yang tidak stabil adalah penyebab umum dari variasi ketebalan atau kerusakan sayatan.
Ultramikrotom menggunakan pisau berlian untuk menghasilkan sayatan setebal nanometer, esensial untuk mikroskop elektron.
Kualitas sayatan mikrotom sangat bergantung pada kualitas preparasi jaringan sebelumnya. Proses ini, yang dikenal sebagai pemrosesan jaringan (tissue processing), memastikan bahwa sampel cukup kaku dan stabil untuk dipotong tanpa hancur.
Tujuan: Menghentikan semua proses metabolisme (autolisis), membunuh mikroorganisme, dan mengeraskan jaringan untuk menjaga morfologi seluler dan molekuler semirip mungkin dengan kondisi in vivo. Fiksatif yang paling umum adalah Formalin 10% yang disangga (Buffer Formalin).
Mekanisme fiksasi melibatkan pembentukan ikatan silang protein, yang membuat struktur internal jaringan stabil dan tahan terhadap langkah-langkah pemrosesan berikutnya.
Tujuan: Mengeluarkan semua air dari jaringan. Air harus dihilangkan karena parafin (media pembenaman utama) tidak larut dalam air. Jaringan dipindahkan melalui serangkaian larutan alkohol konsentrasi yang meningkat (misalnya, 70%, 90%, 95%, 100%) hingga semua air tergantikan oleh alkohol absolut.
Langkah ini harus dilakukan secara bertahap untuk mencegah kerusakan jaringan akibat perubahan osmosis yang drastis. Dehidrasi yang terlalu cepat dapat menyebabkan penyusutan dan pengerasan berlebihan.
Tujuan: Mengganti alkohol dengan zat yang dapat bercampur dengan parafin cair. Agen penjernih (seperti xilena atau toluena) harus larut dalam alkohol dan juga larut dalam parafin. Langkah ini adalah transisi kritis; xilena akan membuat jaringan tampak transparan (jernih) karena memiliki indeks bias yang mendekati protein jaringan.
Tujuan: Mengganti agen penjernih dengan media pendukung padat (parafin cair) sehingga seluruh jaringan terendam dan menjadi kaku saat didinginkan. Blok jaringan diletakkan di dalam cetakan dan diisi dengan parafin cair panas (sekitar 60°C). Setelah parafin mengeras, sampel tertanam di dalam blok yang kokoh, siap untuk dipotong.
Pilihan media pembenaman (parafin, resin, gelatin) menentukan jenis mikrotom yang akan digunakan. Untuk ultramikrotomi, sering digunakan resin epoksi seperti Araldite atau Epon, yang lebih keras daripada parafin.
Meskipun mikrotom adalah alat mekanis, proses pemotongan melibatkan banyak keahlian operator untuk mendapatkan sayatan berkualitas tinggi tanpa artefak.
Sebelum memulai pemotongan, blok sampel harus diposisikan pada blok holder sedemikian rupa sehingga bidang pemotongan pertama kali bersentuhan dengan pisau secara paralel. Orientasi yang benar sangat penting; misalnya, untuk biopsi kulit, irisan harus tegak lurus terhadap permukaan kulit untuk menunjukkan semua lapisan. Orientasi yang buruk menghasilkan sayatan parsial atau sayatan berbentuk baji (wedge-shaped sections).
Langkah pertama adalah menghilangkan parafin berlebih dan memotong jaringan secara kasar (biasanya 15–25 µm) hingga permukaan jaringan yang diinginkan terekspos sepenuhnya. Proses ini dapat dilakukan dengan mikrotom itu sendiri atau dengan alat trimmer terpisah. Setelah permukaan terekspos, ketebalan dikurangi menjadi ketebalan sayatan rutin (3–5 µm).
Salah satu keuntungan mikrotom rotary adalah kemampuannya menghasilkan sayatan yang saling menempel di ujungnya, membentuk pita (ribbon). Ini terjadi karena panas gesekan yang dihasilkan saat memotong melelehkan parafin sejenak, dan ketika sayatan berikutnya dibuat, parafin yang sudah mengeras menempel pada sayatan sebelumnya. Pita ini memudahkan pemindahan banyak sayatan sekaligus ke dalam penangas air (water bath).
Pita sayatan diangkat dari pisau dan diletakkan di permukaan air hangat (biasanya 40–45°C) di dalam penangas air. Panas air menyebabkan parafin mengembang sedikit, menghilangkan kerutan dan kompresi yang terjadi selama pemotongan. Sayatan yang telah mengembang sempurna kemudian diambil menggunakan slide kaca (kaca objek) dan dikeringkan, siap untuk proses pewarnaan.
Kontrol suhu adalah faktor yang sering diabaikan tetapi sangat penting dalam mikrotomi, terutama untuk jaringan parafin dan kriostat.
Jangkauan aplikasi mikrotom melampaui sekadar histopatologi klinis. Presisi alat ini membuatnya penting di berbagai disiplin ilmu:
Ini adalah aplikasi paling umum. Mikrotom digunakan setiap hari untuk memproduksi slide diagnostik dari biopsi dan spesimen bedah. Kecepatan dan keandalan mikrotom rotary sangat penting di sini, terutama dalam mendiagnosis keganasan dan penyakit inflamasi. Kriostat memainkan peran vital dalam diagnosis cepat (frozen section diagnosis) di tengah prosedur bedah, yang membantu ahli bedah mengambil keputusan real-time.
Ultramikrotom adalah alat utama dalam penelitian ultrastruktural. Dengan menghasilkan irisan nanometer, para peneliti dapat mengamati organel, interaksi membran, dan bahkan struktur virus di bawah mikroskop elektron, membuka wawasan baru tentang mekanisme penyakit dan fungsi sel.
Mikrotomi digunakan untuk studi anatomi tumbuhan, termasuk batang, daun, dan akar. Jaringan tumbuhan seringkali keras (karena dinding sel selulosa yang tebal), sehingga membutuhkan teknik pembenaman khusus (resin keras) dan kadang-kadang mikrotom geser.
Dalam ilmu material, mikrotom digunakan untuk menganalisis struktur komposit, polimer, tekstil, dan bahkan cat. Misalnya, untuk mengamati distribusi partikel dalam matriks polimer, atau untuk menganalisis lapisan cat mobil, mikrotomi memungkinkan pengamatan penampang melintang yang presisi tanpa merusak struktur internal lapisan-lapisan tersebut.
Dalam ilmu forensik, mikrotom digunakan untuk memotong sampel bukti seperti serat, rambut, atau fragmen material kecil lainnya untuk analisis komparatif dan identifikasi, seringkali dalam hubungannya dengan spektroskopi atau mikroskopi polarisasi.
Meskipun mikrotom adalah instrumen presisi, operator sering menghadapi tantangan yang menghasilkan sayatan yang buruk. Mengidentifikasi dan memperbaiki artefak sangat penting untuk mendapatkan data yang akurat.
Deskripsi: Munculnya garis-garis tebal dan tipis bergantian (artefak zebra stripe) dalam sayatan. Penyebab: Biasanya disebabkan oleh getaran antara pisau dan blok. Ini bisa karena Sudut Jernih yang terlalu besar, pisau kendor pada holder, blok kendor pada holder, atau jaringan yang terlalu keras/rapuh. Solusi: Periksa fiksasi pisau dan blok; kurangi Sudut Jernih; coba gunakan pisau yang lebih tajam; rendam blok parafin dalam air dingin/es selama 15–30 menit untuk mengeraskan parafin dan jaringan.
Deskripsi: Sayatan menggulung kencang dan tidak mau meregang di water bath, atau sayatan terbelah secara longitudinal (membuat garis retakan vertikal). Penyebab Menggulung: Pisau kurang tajam, atau suhu ruangan terlalu tinggi. Penyebab Membelah (Split/Grooves): Adanya kerusakan kecil (gerigi) pada tepi pisau atau inklusi mineral/kalsium yang sangat keras di dalam sampel jaringan. Solusi: Pindahkan pisau ke segmen yang belum digunakan; jika ada kalsium, dekalsifikasi jaringan sebelum pembenaman; gunakan pisau khusus untuk material keras.
Deskripsi: Beberapa bagian sayatan tebal, bagian lain tipis, atau pita sayatan putus-putus. Penyebab: Mekanisme feed yang aus atau rusak, pergerakan blok holder yang tidak sejajar, atau operator memutar roda pemutar dengan kecepatan yang tidak merata. Solusi: Latih operator untuk mempertahankan kecepatan putaran konstan; jika masalah terus berlanjut, perlu kalibrasi atau perbaikan mekanisme gerak maju oleh teknisi.
Deskripsi: Sayatan tampak lebih pendek daripada ukuran blok sebenarnya karena tekanan pemotongan yang terlalu besar. Penyebab: Pisau tumpul, pemotongan terlalu cepat, atau parafin terlalu lunak. Solusi: Turunkan suhu ruangan, gunakan pisau baru yang sangat tajam, dan kurangi kecepatan pemotongan.
Mengoperasikan mikrotom melibatkan risiko yang signifikan, terutama karena penggunaan pisau yang sangat tajam. Protokol keselamatan yang ketat harus diikuti.
Mikrotom adalah alat mekanis halus yang memerlukan perawatan rutin untuk mempertahankan akurasi nanometernya.
Bidang mikrotomi terus berkembang, didorong oleh kebutuhan untuk menganalisis sampel yang semakin kompleks dan untuk berintegrasi dengan teknik pencitraan canggih.
Mikrotom modern kini sering dilengkapi dengan motorisasi penuh dan kontrol komputer. Fitur-fitur seperti penyesuaian sudut otomatis, pemotongan kecepatan variabel, dan memori untuk program pemotongan yang berbeda meningkatkan efisiensi dan mengurangi kesalahan operator. Integrasi sistem pembuangan parafin otomatis juga meningkatkan kebersihan dan keselamatan.
Salah satu inovasi terbesar adalah penggabungan mikrotomi dengan pencitraan untuk rekonstruksi 3D. Serial Block-Face Scanning Electron Microscopy (SBFSEM) adalah teknik di mana mikrotom ultra-presisi terintegrasi langsung di dalam ruang Mikroskop Elektron Pemindaian (SEM). Setelah setiap sayatan (sekitar 50 nm) dibuat, permukaan blok yang tersisa segera dipindai (imaged). Dengan mengumpulkan ratusan hingga ribuan gambar permukaan secara berurutan, peneliti dapat merekonstruksi struktur jaringan dalam tiga dimensi dengan resolusi nanometer.
Pengembangan Kriostat dan Vibratome terus berlanjut untuk memfasilitasi studi jaringan hidup tanpa fiksasi. Hal ini sangat penting dalam farmakologi dan studi stem cell, di mana viabilitas dan integritas struktural seluler harus dipertahankan sepenuhnya.
Penelitian sedang dilakukan untuk mengembangkan pisau berlian buatan atau pisau komposit yang lebih murah namun memiliki ketajaman yang mendekati berlian alami, terutama untuk kebutuhan ultramikrotomi yang mahal.
Kesimpulannya, mikrotom bukan sekadar alat pemotong; ia adalah salah satu alat presisi terpenting yang memungkinkan kita melihat ke dalam dunia mikroskopis. Sejak penemuan mekanis pertamanya hingga integrasi canggih dengan teknologi pencitraan 3D saat ini, mikrotom tetap menjadi fondasi yang tak tergantikan dalam histologi, patologi, dan ilmu pengetahuan material, terus mendorong batas-batas pemahaman kita tentang struktur dan penyakit.