PEMBUATAN BIOSENSOR FIBER BERBASIS EVANESCENT

PEMBUATAN BIOSENSOR FIBER BERBASIS EVANESCENT WAVE SEBAGAI
SENSOR SENYAWA GLUKOSA DENGAN LED
Arni Candra Pratiwi1, Ahmad Marzuki2
Studi Fisika FMIPA UNS, Surakarta.
Jl. Ir Sutami No. 16A, Kentingan 57126
Email: [email protected]
1Program
Abstrak
Telah dilakukan penelitian mengenai perubahan intensitas cahaya pada sensor berdasarkan
prinsip adanya gelombang evanescent. Penelitian ini menggunakan Glukosa sebagai objek
penelitian. Adanya variasi konsentrasi glukosa sebagai sampel menyebabkan perubahan intensitas
cahaya yang melewati fiber optik. Metode dari penelitian ini adalah membuat daerah sensing area
fiber optik dengan memberikan perlakuan polish sepanjang 8cm. Polish dilakukan agar sebagian
dari cladding dan core fiber optik akan terkelupas. Cahaya yang keluar dari sensing area
selanjutnya dianalisa menggunakan spectrometer, yang akan menghasilkan nilai intensitas cahaya
dan panjang gelombang. Analisa yang digunakan adalah perbandingan hasil interaksi evanescent
antara sampel glukosa dengan fiber pada panjang gelombang yang berbeda beda. Sumber cahaya
yang digunakan adalah LED 5 Watt high power berwarna putih. Perubahan intensitas masing
masing panjang gelombang pada spectrometer dibandingkan dengan absorbansi sampel glukosa
menggunakan spectrometer uv-vis. Hasil yang didapatkan, nilai absorbansi sampel glukosa
terdapat pada panjang gelombang sebesar 448,3 nm. Linearitas yang didapatkan pada absorbansi
panjang gelombang tersebut adalah 0,883.
Abstract
A study of changes in the intensity of light on the sensor based on the principle of an evanescent
wave has been conducted. This research uses Glucose as the object of research. The presence of
variations in glucose concentration as a sample causes a change in the intensity of light passing
through the optical fiber. The method of this research is to make the area of fiber optic sensing by
giving polish treatment along 8cm. Polish is done so that part of the cladding and fiber optic core
peeled off. The light output from the sensing area is then analyzed using a spectrometer, which
will produce light intensity and wavelength. The analysis used is the comparison of evanescent
interaction results between glucose samples with fiber at different wavelengths. Light source used
is LED 5 Watt high power various colors. The change in intensity of each wavelength in the
spectrometer was compared with the absorbance of glucose sample using the UV-Vis
Spectrometer. The results obtained that the best absorbance values of glucose samples are found
in red light sources with a wavelength of 613.7 nm. The linearity obtained in the absorbance of the
red wavelength is 0.962.
Keyword: fiber optik, gelombang evanescent, Indeks bias, Glukosa
Pendahuluan
Glukosa merupakan senyawa yang banyak ditemui di berbagai aspek kehidupan. Senyawa glukosa
ini banyak ditemui di bidang industri makanan, pengembangan ilmu sains, juga di bidang
kedokteran. Berbagai jenis cara telah digunakan untuk mendeteksi glukosa dalam cairan, baik pada
sampel larutan glukosa dalam air murni, maupun sampel glukosa dalam darah. Metode yang biasa
digunakan adalah idiometric copper, High Performance Liquid Chromatography, dan metode
enzim[1]. Salah satu metode baru yang diusulkan dalam deteksi glukosa adalah menggunakan fiber
optik, dengan memanfaatkan fenomena gelombang Evanescent[2].
Sensor berbasis fiber optik memiliki prinsip kerja adanya perubahan intensitas cahaya ketika
mengenai suatu gangguan. Fenomena inilah yang dimanfaatkan sebagai sensor. Adanya fenomena
gelombang Evanescent juga merupakan suatu terobosan baru yang memberikan banyak kemajuan
dalam bidang sensor, karena kemampuannya untuk mendeteksi perubahan intensitas yang sangat
kecil sekalipun.Digunakan metode spektroskopi untuk mendeteksi intensitas dan panjang
gelombang cahaya yang keluar dari daerah sensor. Sensor yang digunakan adalah seutas fiber optik
yang ditanam di dalam resin agar fiber tersebut tidak mudah bergeser. Daerah sensing dibuat
dengan Fiber polishing machine yang akan menyebabkan satu sisi dari fiber tidak lagi terdapat
cladding dan sebagian core terkelupas. Tujuan dari penelitian ini adalah mengamati adanya
perubahan intensitas cahaya akibat dari interaksi Evanescent antara sampel Glukosa dan daerah
sensing Fiber.
Metode Penelitian
Proses dari penelitian ini memiliki 2 tahap utama yaitu pembuadan pad sensor dengan sensing area
dan pengambilan data menggunakan spektrometer. Pada tahap pertama, dilakukan penanaman
fiber optik pada bagian atas resin yang kemudian di hilangkan sebagian core dan seluruh cladding
pada satu sisi menggunakan Fiber Polishing Machine. Proses tersebut diharapkan akan
menguatkan adanya interaksi evanescent pada pad sensor. Pad sensor yang dibuat dapat dilihat
pada Gambar 1.
Gambar 1: Pad sensor yang dibuat dan digunakan dalam penelitian ini.
Proses selanjutnya adalah pengambilan data. Sampel glukosa diberikan pada bagian atas pad
sensor, yang mana telah diberi sebuah input berupa cahaya yang berasal dari LED putih 5Watt.
Luaran cahaya yang telah melewati sensing area kemudian akan dilanjutkan masuk ke dalam
spektrometer cahaya. Spektrometer cahaya yang digunakan terdiri dari sebuah sistem
mikropositioner, sebuah lensa, kisi, dan sebuah detector yang dapat bergerak. Kisi digunakan
sebagai alat untuk mengukur panjang gelombang yang keluar dari pad sensor. Cahaya tersebut
kemudian akan mengalami interferensi cahaya sehingga dapat diamati pola gelap-terang
menggunakan detector yang secara otomatis digerakan oleh servo. Data pola gelap terang tersebut
kemudian diambil nilai intensitasnya menggunakan perangkat lunak labview, dengan tampilan
seperti gambar 2.
Gambar 4.5: Tampilan GUI pada Labview yang digunakan sebagai Aplikasi pengambilan data
Diambil 6 variasi larutan glukosa dari range 0,1 molar hingga 0,6 molar. Nilai perubahan intensitas
kemudian dianalisa dan menghasilkan nilai absorbansi. Nilai absorbanis merupakan konsatnta
yang menggambarkan besarnya serapas suatu bahan, digambarkan dengan A,
𝐼
𝐴 = − log 𝐼𝑡
(1)
0
dimana It merupakan intensitas setelah pad sensor diberikan sampel glukosa, dan I0 merupakan
intensitas luaran cahaya ketika pad sensor diberi blanko, yang dalam hal ini adalah pelarut yang
digunakan dalam pengenceran glukosa, akuades. Nilai absorbansi tersebut diharapkan memiliki
hubungan linier dengan konsentrasi molar glukosa.
Hasil dan Pembahasan
A. Hasil Perubahan Intensitas Cahaya
Data yang dihasilkan pada spektrometer cahaya yaitu berupa puncak puncak panjang
gelombang dengan iintensitas tertentu. Dikarenakan sumber cahaya yang digunakan adalah
LED putih yang merupakan cahaya monokromatis, range panjang gelombang yang
dihasilkan cukup besar dan memiliki 2 puncak panjang gelombang, sesuai dengan
datasheet LED yang tersedia [3]. Perbedaan konsentrasi glukosa menyebabkan adanya
perubahan intensitas cahaya, yang dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3: Perubahan Intensitas Luaran Pad Sensor Ketika Diberikan Konsentrasi
Glukosa yang Berbeda.
Dapat terlihat pada grafik diatas, semakin besar konsentrasi glukosa yang diberikan pada
pad sensor, semakin kecil intensitas cahaya yang dapat keluar dari sensing area tersebut.
Hal ini dapat dikarenakan oleh serapan cahaya yang besar oleh konsentrasi glukosa yang
lebih tinggi. Dari data diatas, diambil nilai intensitas kedua puncak panjang gelombang
untuk dianalisa nilai absorbansi sebagai fungsi dari konsentrasi.
B. Hasil perubahan Absorbansi sebagai fungsi dari Konsentrasi
Terdapat 2 buah puncak panjang gelombang yang dapat dianalisa nilai perubahan
absorbansinya pada gambar 3. Hasil dari analisa tersebut dapat dilihat pada Gambar 4,
(b)
(a)
Gambar 4.10: Grafik Absorbansi sebagai Fungsi konsentrasi Sampel Glukosa
menggunakan Sumber Cahaya LED Putih dengan puncak panjang gelombang (a)448,3
nm dan (b)537,2 nm
Kedua grafik diatas menyatakan terdapat hubungan linier antara konsentrasi glukosa dan
nilai absorbansi pada panjang gelombang tersebut. Persamaan yang didapatkan adalah
y=0,7311x+0,0997 dengan linieritas 0,883 pada panjang gelombang 448,3, dan
y=0,5366x+0,0596 dengan linieritas 0,701 pada panjang gelombang 537,2 nm.
Kesimpulan dan Saran
Dari penelitian yang telah dilakukan, terdapat hubungan linier antara ansorbansi dan konsentrasi
glukosa pada sistem sensor yang telah dibuat, dikarenakan adanya medan Evanescent yang
terbentuk. Panjang gelombang yang cukup baik digunakan menurut penelitian ini adalah panjang
gelombang 448,3 yang berada pada daerah warna biru. Penelitian ini telah berhasil mengamati
adanya perubahan intensitas cahaya akibat dari interaksi Evanescent antara sampel Glukosa dan
daerah sensing Fiber.
Daftar Pustaka
[1] Galant, A., Kaufman, R. & Wilson, J., 2015. Glucose: Detection and Analysis. Food
Chemistry, pp. 149-160
[2] Qiu, H.W., Xu, S.C., Jiang, S.Z., Li, Z. Chen, P.X., Gao, S.S., Zhang, C.& Feng, D.J.,
2014. A novel graphene-based tapered optical fiber sensor. Applied Surface Science, pp.
390-395.
[3] LED High power 5Watt Datasheet