BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Transkripsi

1 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Perkembangan teknologi dan industri pada berbagai bidang aplikasi seperti pengawasan produk makanan, pertanian, dan medis membutuhkan perangkat yang dapat digunakan untuk pengujian biomolekul tertentu yang praktis dan akurat. Alat yang dapat memenuhi kebutuhan pengujian ini yaitu dengan menggunakan teknologi biosensor. Biosensor terdiri dari elemen biologi dan elemen transduser. Elemen biologi termasuk enzim, antibodi dan mikro-organisme. Elemen biologi di dalam biosensor kemudian berinteraksi dengan analit dan merespon dengan berbagai cara sehingga dapat dideteksi oleh transduser (Reyes De Corcuera dan Cavalieri, 2003). Salah satu aplikasi biosensor diantaranya adalah biosensor optik berbasis surface plasmon resonance (SPR) (Sepulveda dkk, 2009). Biosensor SPR merupakan sensor optik yang memanfaatkan gelombang plasmon permukaan untuk mengamati interaksi antara analit (material yang diamati) atau antar biomolekul sebagai medium sensing. Elemen biorekognisi biosensor berupa material konduktif seperti logam mulia (emas, perak) sebagai permukaan sensor (Rhodes dkk, 2006). Kinerja biosensor SPR secara intrinsik bergantung pada kemampuan optik sensor SPR dan karakteristik permukaan fungsional. Pada saat berlangsungnya interaksi biomolekular (misalnya mengikat analit tertentu), indek bias yang berada di dekat permukaan berubah (Wijaya dkk, 2011). Modifikasi indeks bias ini kemudian dapat dideteksi oleh sensor SPR. Perubahan sensitivitas biosensor diperoleh dari pendekatan fisik dan proses biorecognition, seperti ditunjukkan pada Gambar

2 2 Gambar 1.1 Sensor SPR dilengkapi dengan permukaan fungsional sebagai elemen biorecognition diubah kedalam biosensor SPR. Analit biologi, ditampilkan sebagai butiran berwarna hijau, yang menunjukkan interaksi dengan elemen biorecognition yang berwarna coklat berbentuk Y. Panah berwarna biru menunjukkan aliran larutan analit: secara praktis aliran ini dihasilkan oleh sistem mikrofluida (Wijaya dkk, 2011) Pada praktiknya proses deteksi biomolekul dengan menggunakan biosensor SPR belum mendapatkan hasil yang optimal karena imobilisasi biomolekul target pada permukaan lapisan logam (permukaan sensing) sulit untuk dioptimasi karena biomolekul target selalu bergerak dinamis dalam fluida. Hal ini menyebabkan perubahan konstantaa dielektrik relatif di sekitar permukaan sensing menjadi sangat singkat dan tidak spesifik sehingga proses deteksi biomolekul menjadi tidak optimal (Lee dkk, 2011). Kendala ini menyebabkan sejumlah peneliti mengusulkan untuk melakukan imobilisasi biomolekul pada saat deteksi biomolekul dilakukan. Untuk dapat meningkatkan akumulasi biomolekul target pada permukaan sensing biosensor SPR maka perlu dikembangkan elemen biorekognisi yang dapat dimanfaatkan untuk mengimobilisasi biomolekukul target sehingga proses deteksi dapat dilakukan dengan optimal. Ada berbagai bahan polimer konduktif yang dapat digunakan sebagai elemen biorekognisi pada permukaan biosensor SPR. Salah satunya yaitu polianilin. Polianilin merupakan material konduktif yang paling banyak dipelajari karena konduktivitasnya yang tinggi ketika didoping dengan asam, mudah disiapkan untuk diproduksi, dan dapat menyesuaikan diri dengan kondisi lingkungan dengan baik (Huang dan Kaner, 2004). Akhir-akhir ini pengembangan bahan polimer konduktif nanostruktur sangat intensif dilakukan dengan tujuan untuk meningkatkan kinerjanyaa dalam berbagai

3 3 aplikasi. Struktur nanofiber polianilin ini sangat efektif sebagai sensor kimia (gas) karena memiliki luas permukaan jauh lebih besar sehingga proses difusi molekul gas ke dalam struktur nanoserat polianilin berlangsung lebih cepat dan kedalaman penetrasi molekul gas atau uap kimia ke dalam nanoserat juga jauh lebih besar yang akan meningkatkan sensitivitas dan responsivitas sensor. Salah satu metode telah dikembangkan untuk sintesis nanoserat polianilin, yaitu polimerisasi interfasial. Metode polimerisasi interfasial merupakan metode kimia yang relatif sangat sederhana, mudah dilakukan dan relatif murah (Maddu dkk, 2008). Menurut Huang dkk (2003) meskipun berbagai macam sintesis saat ini mendekati nanostruktur polianilin, dibutuhkan metode yang mampu membuatnya lebih murni, seragam, dan struktur nano polianilin dengan diameter kecil (kurang dari 100 nm) dalam jumlah besar (bulk), yaitu dengan polimerisasi interfasial. Struktur nanofiber dapat dibentuk dengan asam dopan apa pun yang digunakan dalam polimerisasi. Kualitas keseragaman nanofiber dipengaruhi oleh konsentrasi asam dari fase cair. Semakin rendah konsentrasi asam, semakin rendah ukuran nanofiber diamati dari hasil sintesis. Asam klorida (HCl) yang digunakan sebagai dopan menghasilkan ukuran diameter nanofiber yang lebih kecil dari mineral asam lainnya. Konsentrasi asam yang lebih tinggi lebih diutamakan karena lebih besar kemungkinannya dan lebih optimal untuk menghasilkan nanofiber yang baik. Respon biosensor berkaitan dengan diameter nanofiber karena mereka mempunyai area permukaan yang lebih besar secara proporsional (Virji dkk, 2008). Nanofiber polianilin menyediakan tahapan pada proses pembuatannya yang dapat dimodifikasi lebih lanjut dengan membagi secara selektif untuk deteksi target (Lahiff dkk, 2008). Nanofiber polianilin yang diproses secara kimia dengan polimerisasi interfasial memerlukan perbandingan rasio molar untuk membuatnya seragam (Abdolahi dkk, 2012). Salah satu hal yang mempengaruhi kinerja sensor dengan menggunakan polimer konduktif sebagai elemen biorekognisi sensor yaitu tingkat keseragamannya (Wijaya dkk, 2011). Menurut Detsri dan Dubas (2009) polianilin yang dapat berperan sebagai material konduktif adalah dalam bentuk garam emeraldine. Polimer konduktif polianilin ini juga dapat mengalami

4 4 perubahan sifat listrik dan optik yang dapat balik (reversible) melalui reaksi redoks dan doping-dedoping atau protonasi-deprotonasi sehingga sangat potensial dimanfaatkan pada berbagai aplikasi. Sifat listrik (konduktivitas) dan optik (indeks bias dan absorpsivitas) emeraldine dapat divariasikan melalui reaksi oksidasi reduksi oleh agen-agen oksidan dan reduktan. Perubahan sifat dari film tipis polianilin yang didoping menghasilkan perubahan dramatis dalam respon biosensor SPR terutama karena perubahan pada bagian riil dan imajiner dari konstanta dielektrik (Baba dkk, 2004). Mikrostruktur dan sifat listrik nanofiber polianilin diprediksi akan mempengaruhi potensi aplikasinya pada biosensor berbasis SPR. Mobilisasi biomolekul polianilin telah dimodifikasi lebih luas pada permukaan sensitif beberapa biosensor dan efisiensi immobilisasi dengan kerapatan yang tinggi mereduksi grup amina pada permukaan polianilin yang langsung dikombinasikan dengan biomolekul. Modifikasi film polianilin dapat meningkatkan efisiensi untuk immobilisasi biomolekul sehingga teknologi ini sangat menjanjikan untuk biosensor SPR (Cai dkk, 2013). Berdasarkan uraian diatas maka pada penelitian ini penulis akan menganalisis sifat listrik polimer konduktif elektroaktif yaitu nanofiber polianilin yang disintesis melalui metode polimerisasi interfasial terdoping hydrochloric acid (HCl) dengan variasi molar. Selain itu akan dikaji hasil dan peran nanofiber polianilin ini dalam potensinya sebagai biosensor SPR. 1.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah 1. Bagaimana pengaruh variasi konsentrasi molar dopan HCl terhadap mikrostruktur nanofiber polanilin yang disintesis dengan metode polimerisasi interfasial dalam potensinya sebagai biosensor SPR? 2. Bagaimana pengaruh variasi konsentrasi molar dopan HCl terhadap sifat listrik nanofiber polianilin yang disintesis dengan metode polimerisasi interfasial dalam potensinya sebagai biosensor SPR?

5 5 1.3 Batasan Masalah Penelitian ini dibatasi pada pengamatan mikrostruktur dan sifat listrik (resistansi, konduktansi dan konstanta dielektrik) dari polimer konduktif nanofiber polianilin yang disintesis dengan metode polimerisasi interfasial dengan variasi konsentrasi HCl sebagai dopan, serta keterkaitan dengan nanofiber polianilin dalam aplikasinya sebagai biosensor SPR. 1.4 Tujuan Peneltian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Mengetahui pengaruh variasi konsentrasi molar dopan HCl terhadap mikrostruktur nanofiber polanilin yang disintesis dengan metode polimerisasi interfasial dalam potensinya sebagai biosensor SPR. 2. Menganalisis pengaruh variasi konsentrasi molar dopan HCl terhadap sifat listrik nanofiber polianilin yang disintesis dengan metode polimerisasi interfasial dalam potensinya sebagai biosensor SPR. 1.5 Kebaruan Penelitian Penelitian mengenai sintesis polianilin, dan karakteristik sifat listrik polimer konduktif nanofiber polianilin sudah banyak dilakukan baik secara teori maupun eksperimen. Pada penelitian ini mengkaji pengaruh molaritas dopan terhadap mikrostruktur serta sifat listrik nanofiber polianilin dalam potensinya sebagai biosensor SPR. Adapun kebaharuan dari penelitian ini adalah pada aspek penggunaan mikrostruktur nanofiber polianilin yang diperoleh dengan metode sintesis polimerisasi interfasial dan pengkajian pengaruh molaritas dopan terhadap sifat listrik nanofiber polianilin yaitu konduktansi, resistansi dan konstanta dielektrik (bagian riil ' dan imaginer " konstanta dielektrik) yang digunakan sebagai elemen biorekognisi biosensor SPR. 1.6 Sistematika Penulisan Penulisan tesis ini dibagi menjadi enam bab yaitu Pendahuluan, Tinjauan Pustaka, Dasar Teori, Metode Penelitian, Hasil dan Pembahasan, Kesimpulan dan Saran, Daftar Pustaka serta ditambah dengan lampiran.

6 6 Bab I merupakan pendahuluan yang berisikan latar belakang permasalahan, rumusan masalah, tujuan penelitian, kebaruan penelitian, dan sistematika penulisan tesis. Bab II berisi tinjauan pustaka yang berkaitan dengan penelitian sebelumnya yaitu tentang sejarah ditemukannya polianilin, mikrostruktur nanofiber polianilin, sifat listrik nanofiber polianilin, aplikasi polianilin sebagai biosensor SPR. Bab III berisi dasar teori secara keseluruhan tentang biosensor SPR, sifat listrik polimer polianilin, polimer konduktif nanofiber polianilin, metode polimerisasi interfasial. Bab IV menjelaskan metode penelitian yang di dalamnya mencakup alat dan bahan, prosedur penelitian, analisis data dengan instrumen analisis yaitu SEM, FT-IR, UV-Vis, dan LCR Meter. Bab V menyajikan hasil penelitian berupa hasil sintesis polianilin dengan metode polimerisasi interfasial, morfologi, dan sifat listrik nanofiber polianilin. Bab terakhir yaitu bab VI menyajikan kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan dan saran untuk penelitian selanjutnya. Daftar pustaka mencantumkan seluruh pustaka yang digunakan dan lampiran.