PEMBUATAN BIOSENSOR FIBER BERBASIS EVANESCENT WAVE SEBAGAI SENSOR SENYAWA GLUKOSA DENGAN LED Abstrak Arni Candra Pratiwi 1, Ahmad Marzuki 2 1 Program Studi Fisika FMIPA UNS, Surakarta. Jl. Ir Sutami No. 16A, Kentingan 57126 Email: arniprtw@gmail.com 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, A = log I t I 0 (1) 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, (a) (b) 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