Komponen Dan Prinsip Biosensor

 

Biosensor

Biosensor Biosens or didefi didefinis nisika ikan n sebaga sebagaii suatu suatu perang perangkat kat sensor sensor yang yang mengga menggabun bungka gkan n senyawaa biologi senyaw biologi dengan dengan suatu tranduser. tranduser. Dalam proses kerjanya senyawa aktif biologi akan  berinteraksi dengan molekul yang akan dideteksi yang disebut molekul sasaran. Hasil interaksi yang berupa besaran fisik seperti panas, arus listrik, potensial listrik atau lainnya akan dimonitor oleh transduser. Besaran tersebut kemudian diproses sebagai sinyal sehingga diperoleh hasil yang dapat dimengerti. Biosensor adalah alat pendeteksi atau penyelidik yang menggabungkan komponen  biologis (seperti mikroba, jaringan, sel, bakteri, protein, enzim, dan antibodi) dan elektronik  untuk untu k menghasilka menghasilkan n sinyal yang terukur, terukur, dapat mendeteksi, mendeteksi, mencatat, mencatat, dan mengirimkan mengirimkan inform inf ormasi asi secara secara cepat. cepat. Fit Fitur ur utama utama biosen biosensor sor adalah adalah stabili stabilitas tas,, biaya, biaya, sensiti sensitivit vitas, as, dan reproduktifitas. Biosensor bersifat spesifik, karena bioreseptornya spesifik hanya cocok untuk  suatu substansi, zat, atau mol yang spesifik. Biosensor ada berbagai macam ukuran dan  bentuk; biasanya didesain portabel untuk penggunaan lapang secara efisien. Sejak pertama kali dikembangkan oleh Clark dan Lyons pada tahun 1962 dengan mengim men gimobi obilisa lisasi si enzim enzim gluko glukosa sa ok oksid sidase ase pada pada permuk permukaan aan elektr elektroda oda untuk untuk mendet mendeteks eksii glukosa darah, teknologi biosensor berkembang sangat pesat. Sejauh ini, biosensor dalam  perkembangannya mempunyai tiga generasi yaitu generasi pertama dimana biosensor   berbasis oksigen. Pada generasi kedua biosensor menjadi lebih spesifik yang melibatkan “mediator” diantara reaksi dan transduser, dan terakhir generasi ketiga dimana biosensor   berbasis enzyme coupling . Untuk produk Untuk produk-pr -produ oduk k komer komersial sial dari dari teknol teknologi ogi biosen biosensor sor,, saat ini telah telah banyak  banyak  diperjualbe diper jualbelikan likan.. Biosensor Biosensor eksternal/int eksternal/internal ernal dalam bentuk bentuk chip bahkan bahkan telah diproduksi diproduksi oleh perusahaan Amerika i-Stat, MicroChips, Digital Angel, VeriChip yang dapat ditanam da dalam lam tu tubu buh h manu manusia sia.. Bebe Bebera rapa pa pe peru rusah sahaan aan Jepan Jepang g pu pun n tu turu rutt be berp rpar arti tisip sipasi asi,, sepert sepertii Matsushita Electric Industrial Co. dengan teknologi biosensornya yang mampu menetapkan secara cepat dan mudah pengukuran kolesterol darah. Tokyo Medical and Dental University dengan biosensor nafasnya yang memanfaatkan enzim monoamine oksidase A (MAO A) dan lain sebagainya. Tetapi secara umum untuk penguna biosensor, hampir 60% penggunanya  berasal dari health-care industri. Komponen Dasar Biosensor

Biosensor adalah alat untuk mendeteksi suatu analit yang menggabungkan komponen  biologis dengan komponen detektor fisikokimia. Biosensor terdiri dari 3 bagian yang terdiri atas sebagai berikut. 1) Bi Bio orese resep ptor  tor  Bioreseptor merupakan komponen biologis yang sensitif, yang dibuat dengan teknis tek nis biolog biologis. is. Kompo Komponen nen biolog biologis is sebaga sebagaii biorese bioresepto ptorr bisa bisa berupa berupa jaringa jaringan, n, mikroba, organel, sel, protein, enzim, antibodi, asam nukleat dan lain sebagainya. Biasa Biasany nyaa bior biorese esept ptor or da dalam lam be bent ntuk uk teri terimm mmob obili ilisa sasi si pa pada da suat suatu u tran transd sdus user. er. Immobi Imm obilis lisasi asi bisa bisa dilaku dilakukan kan dengan dengan adsorp adsorpsi si fisik, fisik, menggu menggunak nakan an membra membran n atau atau  perangkap matriks, dan membuat ikatan kovalen antara biomolekul dengan transduser.

 

Salah satu aspek yang paling menantang ketika mengembangkan biosensor  adalah ada lah bahwa bahwa mereka mereka harus harus mampu mampu membed membedaka akan n satu analit dari dari sampel sampel yang yang kompleks, komp leks, sehingga sehingga diperlukan diperlukan biomolekul biomolekul yang mampu mengenali mengenali analit target. Untuk tujuan ini, banyak bioelemen berbeda digunakan, seperti enzim, antibodi, DNA atau RNA, RNA, dan aptame aptamers. rs. Berbag Berbagai ai bioele bioelemen men tersebu tersebutt memili memiliki ki kelebi kelebihan han dan kekura kek uranga ngan n intrin intrinsik sik,, yang yang dapat dapat disesua disesuaika ikan n dengan dengan pendek pendekata atan n yang yang berbed berbedaa dengan mempertimbangkan jenis matriks, analit, transduser. Enzim adalah biomoleku biomolekull yang sering digunakan digunakan sebagai bioreseptor bioreseptor pada  biosensor. Prinsip penggunaan enzim adalah dengan memanfaatkan reaksi katalitiknya, dan mendeteksi reaksi tersebut. Misalnya, jika reaksinya adalah reaksi reduks red uksi-o i-oksi ksidas dasi, i, maka maka ada elektro elektron n yang yang dihasil dihasilkan kan yang yang bisa bisa didete dideteksi ksi dengan dengan metodee elektrokimi metod elektrokimiaa seperti amperometri, amperometri, voltametri voltametri dan lain-lain. lain-lain. Jika reaksinya menghasilkan H, O atau ion K +, dan lain-la lain-lain, in, maka maka bisa bisa didete dideteksi ksi dengan dengan IonIonSelective Electrode. Kemu Ke mudi dian an terd terdap apat at bior biorese esept ptor or an anti tibo bodi di,, te term rmas asuk uk ya yang ng pa pali ling ng ba bany nyak  ak  diguna dig unakan kan karena karena spesifi spesifisita sitass dan keserb keserbagu agunaa naanny nnyaa yang yang tinggi tinggi.. Dikena Dikenall juga juga sebag seb agai ai imun imunog oglo lobu buli lin, n, an anti tibo bodi di ad adal alah ah pr prot otei ein n ya yang ng di dili lipa patt menj menjad adii stru strukt ktur  ur  terdefinisi terdefi nisi dengan baik yang disintesis disintesis oleh organisme organisme hidup hidup seperti, seperti, manusia, manusia, tikus, tikus, tikus dan kelinci atau bahkan sel, sebagai respons terhadap keberadaan zat asing. Imunog Imu nogen en adalah adalah moleku molekull yang yang mampu mampu menimb menimbulk ulkan an respons respons imun imun oleh oleh sistem sistem kekebalan organisme. Antigen adalah molekul yang mampu mengikat produk dari respon imun itu, yaitu antibodi. Protein ini dapat diproduksi terhadap banyak target yang berbeda, untuk mengenali dengan spesifisitas tinggi analit yang dipilih dalam matriks yang kompleks. 2) Tr Tran ansd sdu user  ser  Transduser Transd user merupakan merupakan komponen komponen atau elemen pendeteksi pendeteksi (detektor), (detektor), yang  bekerja secara fisikokimia, piezoelektronik, optik, elektrokimia, dan lain sebagainya, yang mengubah sinyal yang dihasilkan dari interaksi antara analit dengan bioreseptor  menjadi sinyal lain (yaitu, transduser) yang dapat lebih mudah diukur dan dihitung. Tran Transd sdus user er memi memili liki ki be bebe berap rapaa jenis jenis seper seperti ti trans transdu duser ser el elek ektr trok okim imia ia,, optoelektronik, kristal piezoelektronik, field effect transistor dan termistor. Proses yang terjadi dalam transduser dapat berupa berupa calorimetric calorimetric biosensor, potentiometric potentiometric  biosensor, amperometric biosensor, optical biosensor maupun piezo-electric  biosensor. Sinyal yang keluar dari transduser ini kemudian diproses dalam suatu sistem elektronik misalnya recorder atau komputer. 3) Elemen Elemen elek elektro tronik nik pemr pemroses oses siny sinyal al Bagian elemen elektronik yang berfungsi untuk memproses sinyal ini disebut  juga alat pembaca biosensor yang terutama bertanggung jawab untuk menampilkan hasil yang mudah dibaca dan dipahami. Berikut adalah gambar komponen dan prinsip dari suatu biosensor.

 

Gambar 1. Komponen dan Prinsip Biosensor  Prinsip Kerja Biosensor

Biosensor Biosens or adalah adalah perang perangkat kat yang yang menggu menggunak nakan an organi organisme sme hidup hidup atau atau moleku molekull  biologis, terutama enzim atau antibodi, untuk mendeteksi keberadaan bahan kimia. Prinsip kerja biosensor adalah berdasarkan immobilisasi komponen biologi pada matriks membran  polimer yang diintegrasikan dengan sinyal transduser pada analit. Bioreseptor atau senyawa aktif biologi akan berinteraksi berinteraksi dengan dengan substansi substansi atau zat kimia yang akan dideteksi (sampel analit atau molekul target). Hasil interaksi yang berupa besaran fisik seperti panas, arus lis listrik trik,, potens potensial ial lis listri trik k atau atau lainny lainnyaa akan akan dimoni dimonitor tor oleh oleh transdu transduser. ser. Kompo Komponen nen biolog biologii  berfungsi sebagai sensor elektroaktif yang berperan pada reaksi setengah sel elektrokimia sehing seh ingga ga potens potensial ial yang yang ditimb ditimbulk ulkan an sensiti sensitiff dan selekti selektiff terhada terhadap p ion tertent tertentu. u. Prinsi Prinsip p  biosensor dapat terlihat pada gambar berikut.

Gambar 2. Prinsip Biosensor  Immobilisasi antara senyawa Immobilisasi senyawa aktif biologis (bioresptor) (bioresptor) dengan dengan transduser transduser secara umum umu m dapat dapat dilaku dilakukan kan dengan dengan berbag berbagai ai cara cara baik baik dengan dengan adsorp adsorpsi si fisik, fisik, menggu menggunak nakan an membran atau perangkap matriks atau dengan membuat ikatan kovalen antara biomolekul dengan transduser. a) imobilisasi adsorpsi fisik; melibatkan penggunaan gaya antarmolekul fisik (gaya hidrofilik  atau hidrofobik, gaya Van Der Waals, gaya ionik, dan lain sebagainya).

 

 b) imobilisasi membran; elemen organik dimasukkan ke dalam beberapa membran semi  permeabel tertentu yang langsung ditempatkan di atas elemen sensor. Sehingga, membran  bekerja sebagai fase pemisah antara unsur organik dan analit. c) imobilisasi kovalen; bioelemen langsung dihubungkan dengan sensor melalui interaksi kovalen. d) imobilisasi matriks; digunakan zat berpori seperti matriks gel sebagai media pembatas untuk elemen biologis dan enkapsulasi matriks ini membentuk hubungan langsung dengan elemen sensor.

Gambar 3. Variasi mekanisme imobilisasi bioelemen dan elemen sensor  Beberapa jenis transduser yang banyak digunakan dalam biosensor adalah transduser  elektrokimi elektr okimia, a, optoelektro optoelektronik, nik, kristal kristal piezoelektro piezoelektronik, nik, field effect transistor transistor dan termistor. termistor. Proses yang terjadi dalam transduser dapat berupa calorimetric biosensor, potentiometric  biosensor, amperometric biosensor, optical biosensor maupun piezo-electric biosensor. Sinyal yang keluar dari transduser transduser ini kemudian kemudian diproses dalam suatu sistem elektronik misalnya recorder atau komputer. Terlepas dari fleksibilitas yang semakin meningkat yang ditunjukkan dalam pemilihan  berbagai zat za t atau ata u faktor f aktor sebagai komponen biosensor, persyaratan yang diperlukan termasuk  kemamp kem ampuan uan respons respons cepat, cepat, keanda keandalan lan,, portab portabili ilitas tas,, produk produktiv tivita itas, s, dan stabili stabilitas tas jangka jangka  panjang pada dasarnya tetap sama. Faktor penting yang harus dipertimbangkan selama rekayasa biosensor kinerja tinggi adalah imobilisasi atau fabrikasi bioanalit dalam konfigurasi aslinya, aksesibilitas tinggi dari situs penerimaan ke spesies yang diminati, adsorpsi analit yang efektif. Faktor ini harus ditangani secara aktif saat mengembangkan desain biosensor.