PENERAPAN BIOSENSOR UNTUK MENDETEKSI GULA DARAH

MAKALAH

Disusun untuk Memenuhi Tugas Kelompok

pada Mata Kuliah Biofisika Semester Dua

yang Diampu oleh  Ibu Dr. Hermin Pancasakti K. S.Si, M.Si







KELOMPOK :

 1.      SELLA WIDYA ASTUTI                         (24020112120001)

 2.      ZIKRA HAYATI                                       (24020112120003)

 3.      NIKMATUS SALAMAH                            (24020112120004)

  4.      AYU SOFIANA DESY                              (24020112120008)

  5.      IKA WULANDARI                                    (24020112120009)

  6.      SUHARTATIK                                         (24020112120011)









JURUSAN BIOLOGI

            KELAS A           

FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2013

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya hingga terselesaikannya makalah ini. Makalah ini berjudul “Penerapan Biosensor untuk Mendeteksi Gula Darah’’. Makalah ini menjelaskan tentang pemanfaatan biosensor dalam mendeteksi gula darah, sehingga memudahkan dalam mendeteksi suatu penyakit yang berkaitan dengan kadar gula dalam darah.

Penyusun mengucapkan terima kasih terutama kepada Ibu Dr. Hermin Pancasakti K. S.Si, M.Si sebagai dosen Biofisika yang telah mengarahkan dan membimbing penyusun dalam menyelesaikan makalah ini, serta terimakasih kepada teman-teman yang telah membantu.

Semoga makalah ini dapat membantu mengatasi masalah yang berhubungan dengan kadar gula darah.

Kami menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna. Maka dari itu, kami mengharapkan saran- saran untuk penyempurnaan makalah ini.

                                                                                          Semarang, 19 Maret 2013

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               Penyusun

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR……………………………………………………………………………………………. i

DAFTAR ISI………………………………………………………………………………………………………. i

Bab I PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang ……………………………………………………………………………………… 1

1.2 Rumusan  masalah…………………………………………………………………………………. 1

1.3 Tujuan………………………………………………………………………………………………….2

Bab II PENERAPAN BIOSENSOR UNTUK MENDETEKSI GULA DARAH

2.1 Pengertian Biosensor……………………………………………………………………………….3

2.2 Aplikasi dari Biosensor…………………………………………………………………………….. 5

2.3 Cara Kerja Biosensor………………………………………………………………………………. 6

Bab III PENUTUP

3.1 Kesimpulan…………………………………………………………………………………………….. 10

3.2 Saran……………………………………………………………………………………………………… 1

DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………………………………………… 11

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.            Latar Belakang

Perkembangan zaman yang sangat pesat menghasilkan teknologi yang semakin tinggi pula dan para ahli fisika, biologi, kimia dan lainnya berlomba-lomba untuk menciptakan teknologi yang semakin tinggi, tepat guna dan bebas polusi. Dengan ditemukannya teknologi nano tanpa disadari kita sudah berada didepan revolusi iptek yang akan membawa dampak yang sangat berpengaruh dalam segala aspek kehidupan manusia.

Dewasa ini, banyak penyakit yang disebabkan oleh kadar gula dalam darah yang abnormal, gula darah adalah istilah yang mengacu kepada tingkat glukosa di dalam darah. Konsentrasi gula darah atau tingkat glukosa, diatur dengan ketat di dalam tubuh. Jika kadar gula darah ini kelainan maka akan timbulah penyakit seperti diabetes, diabetes merupakan penyakit mematikan dimana tubuh tidak dapat menghasilkan insulin (hormon pengatur gula darah), insulin yang dihasilkan tidak mencukupi dan insulin tidak bekerja dengan baik. Oleh karena itu akan menyebabkan gula darah meningkat saat diperiksa. Hal ini mendorong para peneliti bidang medis untuk  mencari alat yang tepat untuk mendeteksi kadar gula darah, salah satunya yaitu dengan menggunakan biosensor. Biosensor adalah perangkat analitis, yang digunakan untuk mendeteksi suatu analit, yang menggabungkan komponen biologis dengan detektor fisikokimia, dengan menggunakan alat ini kadar gula dalam darah bisa diketahui dan diatur supaya teratur dan kembali normal.

1.2.            Rumusan masalah

1.1.1        Apakah Biosensor itu?

1.1.2        Apa saja aplikasi dari  Biosensor itu?

1.1.3        Bagaimanakah cara kerja Biosensor dalam bidang medis khususnya dalam mendeteksi kadar gula darah?

1.3.            Tujuan

1.3.1        Menjelaskan pengertian Biosensor

1.3.2        Menjelaskan aplikasi dari Biosensor

1.3.3        Menjelaskan cara kerja Biosensor bidang medis dalam mendeteksi gula darah

BAB II

 Penerapan Biosensor untuk Mendeteksi Gula Darah

2.1         Pengertian Biosensor

Biosensor adalah alat untuk mendeteksi suatu analit yang menggabungkan komponen biologis dengan komponen detektor fisikokimia. Ini terdiri dari 3 bagian:

    Unsur biologis sensitif bahan biologis misalnya jaringan, mikroorganisme, organel, reseptor sel, enzim, antibodi, asam nukleat, dan lain-lain.
    Transduser atau elemendetektor, bekerja dengan cara yang fisikokimia seperti optik
    Elektronik yang terkait dengan prosesor sinyal yang terutama bertanggung jawab untuk menampilkan hasil.

Biosensor adalah suatu sensor yang dapat digunakan untuk menelaah fungsi suatu material biologis atau jasad hidup, dan dapat juga digunakan untuk mengetahui berfungsinya jasad tersebut. Biosensor pertama kali dibuat adalah glucose sensor. Gula darah yang berbentuk glukosa pada awalnya diukur secara kimiawi oleh para peneliti dari perusahaan Ames di Indiana, Amerika Serikat, Ernie Adams dan Anton Clemens adalah dua tokoh dalam pengembangan paper strip (potongan kertas) yang dapat berubah warna karena reaksi kimia dengan glukosa. Akan tetapi produk ini kurang popular karena banyak mengandung kelemahan seperti akurasi rendah, kecepatan pengukuran lambat. Biosensor glukosa saat ini mempunyai peranan penting dalam aplikasinya sebagai pengukur konsentrasi glukosa di bidang klinis maupun non klinis.

Proses kerjanya yaitu 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 yang pertama kali dibuat adalah sensor yang menggunakan transduser elektrokimia yaitu elektroda enzim untuk menentukan kadar glukosa dengan metode amperometri.

Gambar: Biosensor untuk mendeteksi kadar gula dalam darah

Sejauh ini, biosensor dalam perkembangannya mempunyai tiga generasi yaitu generasi pertama, dimana biosensor berbasis oksigen, generasi kedua, biosensor menjadi lebih spesifik yang melibatkan mediator diantara reaksi dan transduser, dan terakhir generasi ketiga, dimana biosensor berbasis enzyme coupling.

Kebutuhan akan Biosensor sebagai perangkat analis yang mampu merespons secara selektif terhadap sampel analit yang bersesuaian dan mengubah konsentrasinya menjadi sinyal listrik melalui sistem rekognisi yang merupakan kombinasi antara unsur biologis dan tranduser physico-chemical. Biosensor dapat memberikan alternatif yang kuat dan murah untuk analitis konvensional, untuk pengujian spesies kimia dalam matriks yang kompleks, biosensor dapat membedakan analit target dari sejumlah zat yang tidak dapat bereakasi dan berpotensi menginterferensi proses kimiawi, kemudian menidentifikasi sampel yang diujikan. Kegunaan biosensor glukosa untuk pengukuran konsentrasi glukosa secara garis besar dapat dibagi menjadi dua, pertama pengukuran konsentrasi glukosa untuk tujuan yang bersifat klinis, kedua aplikasi yang bersifat non klinis (R. Lowe Christopher at al, 1990).

Biosensor glukosa digunakan untuk meneliti apakah ada kandungan glukosa yang di luar batas dan pendeteksian ada tidaknya diabetes melitus. Biosensor ini menggunakan silicon dan platinum. Reaksi glukosa akan menghasilkan protein yang mempunyai sifat dielektrik yang akan menghasilkan electrical output yang diukur melalui bonding pads dari sensor.Biosensor terdiri dari 2 lapisan platinum yaitu 1 lapisan poros untuk tempat bereaksi dan lapisan kedua terdiri dari 2 bonding pads. Sensor terdiri dari 2 lapisan, lapisan pertama merupakan ultra-thin, dan lapisan kedua terdiri dari bonding pads.

2.2  Aplikasi dari Biosensor

Aplikasi biosensor pada dasarnya meningkat seiring dengan berkembangnya keperluan manusia dan kemajuan iptek. Tetapi secara umum tetap didominasi untuk aplikasi dibidang medis dan lingkungan hidup. Beberapa bidang aplikasi lainnya dapat dilihat sebagai berikut

    Medis dan Farmasi;

1.1.   Mengontrol penyakit : diabetes, kolesterol, jantung dan lain-lain.

1.2.   Diagnosis untuk : obat, metabolit, enzim, dan vitamin.

1.3.   Penyakit infeksi, alergi.

2.  Lingkungan Hidup

2.1.   Kontrol polusi

2.2.   Monitoring senyawasenyawa toksik di udara, air, dan tanah.

3.  Kimia

3.1.   Mengontrol kualitas makanan (mendeteksi kontaminasi mikroba, menentukan kesegaran, analisis lemak, protein dan karbohidrat dalam makanan.

3.2.   Mendeteksi kebocoran, menentukan lokasi deposit minyak.

3.3.   Mengecek kualitas udara di ruangan.

3.4.   Penentuan parameter kualitas pada susu

4.  Pertanian

4.1.   Mengontrol kualitas tanah.

4.2.   Mendeteksi keberadaan pestisida

5.  Militer

Mendeteksi zat-zat kimia dan biologi yang digunakan sebagai senjata perang (senjata kimia atau biologi) seperti virus, bakteri patogen, dan gas urat syaraf.

Gambar: skema umum Biosensor

2.3    Cara kerja Biosensor

Pada dasarnya biosensor terdiri dari tiga unsur yaitu unsure biologi (reseptor biologi), transduser, dan sistem elektronik pemroses sinyal. Unsur biologi yang umumnya digunakan dalam mendesain suatu biosensor dapat berupa enzim, organel, jaringan, antibodi, bakteri, jasad renik, dan DNA. Unsur biologi ini biasanya berada dalam bentuk terimmobilisasi pada suatu transduser. Immobilisasi sendiri dapat dilakukan dengan berbagai  cara baik dengan

    Adsorpsi fisik,
    Menggunakan membran atau perangkap matriks
    Membuat ikatan kovalen

Fig. 17.9. A simple biosensor combining on electrochemical electrode and an enzyme immobilized on to a semipermeable membrane.

Contoh umum dari biosensor komersial adalah biosensor glukosa darah, yang

menggunakan enzim glukosa oksidase untuk memecah glukosa darah turun. Dalam melakukan hal itu pertama mengoksidasi glukosa dan menggunakan dua elektron untuk mengurangi FAD (komponen enzim) untuk FADH2. Pada gilirannya teroksidasi oleh elektrode (menerima dua elektron dari elektroda) di sejumlah langkah. Arus yang dihasilkan adalah ukuran konsentrasi glukosa.

Molekul glukosa yang dioksidasi oleh enzim glucose oxidase GOD menghasilkan elektron yang ditangkap oleh elektroda sehingga kadar glukosa berbanding lurus dengan sinyal elektronik yang diterima.

    Data yang dihasilkan adalah ukuran kadar glukosa.
    Transducer adalah electrode, sedang enzyme sebagai bioreseptor atau komponen biologis aktif.

Fig. 17.7. A glucose electrode

Fig. 17.8. Mediated biosensor.

Fig. 17.6. Schematic outline of biosensor

Bagian yang paling penting adalah strip berbentuk persegi panjang yang berfungsi sebagai sensor untuk menempatkan darah dan mendapatkan pengukuran ditentukan dengan konverter analog-digital / analog digital converter (ADC) dari mikrokontroler / microcontroller unit (MCU).

Langkah pertama yang harus dilakukan untuk mengukur kadar gula dalam darah adalah dengan mengubah konsentrasi glukosa menjadi sebuah sinyal voltase. Hal ini mungkin terjadi dengan adanya sensor khusus dalam strip /lempengan untuk amperometry.

Sensor ini menggunakan elektroda platinum dan perak untuk membentuk bagian dari sirkuit listrik di mana hidrogen peroksida terelektrolisis. Hidrogen peroksida diproduksi sebagai hasil dari oksidasi glukosa pada membran oksida glukosa. Arus yang melalui rangkaian menyediakan hasil pengukuran konsentrasi peroksida hidrogen, sehingga konsentrasi glukosa dapat diketahui.

Sensor yang digunakan sebagai pengukur gula darah berdasarkan pada elektroda oksida glukosa. Oksida glukosa diamobilisasi dalam elektroda karbon aktif yang telah dilapisi platina. Enzim pada elektroda digunakan untuk menentukan amperometry dengan menggunakan deteksi elektrokimia dari hidrogen peroksida yang dihasilkan. Sensor ini terdiri dari berbagai elektroda: lapisan membran oksida glukosa, film polyurethane yang permeabel oleh glukosa, oksigen, dan hidrogen peroksida.

Bahan biologis bergerak pada dukungan imobilisasi, membran permeabel, di sekitar dari sensor. Zat yang akan diukur melewati membran dan berinteraksi dengan materi bergerak dan menghasilkan produk. Produk melewati membran lain untuk transduser. Transduser mengubah produk menjadi sinyal listrik yang diperkuat. Peralatan pemrosesan sinyal mengubah sinyal dan diperkuat menjadi layar paling umum yang dapat dibaca dan dicatat.

Ketika larutan glukosa dibawa ke dalam kontak lewat membrane ke dalam lapisan enzim dari reaksi oksidasi-reduksi, diubah menjadi asam glukonat dan hidrogen peroksida dalam oksidase air, oksigen dan glukosa. Akibatnya, konsentrasi oksigen sekitar elektroda diturunkan. Hidrogen peroksida membawa perubahan dalam sinyal. Elektroda mencatat laju reaksi. Tingkat diminition konsentrasi oksigen sebanding dengan konsentrasi glukosa dari sampel.

BAB III

PENUTUP

3.1       Kesimpulan

3.1.1    Biosensor adalah alat untuk mendeteksi suatu analit yang menggabungkan komponen biologis dengan komponen detektor fisikokimia, yang terdiri dari unsur biologis sensitif,transduser dan  elektronik yang terkait dengan prosesor sinyal.

3.1.2    Aplikasi Biosensor terdapat dalam berbagai bidang, diantaranya bidang medis dan farmasi, lingkungan hidup, kimia, pertanian, dan militer.      

3.1.3    Cara kerja Biosensor adalah mengoksidasi glukosa dan menggunakan dua elektron untuk mengurangi FAD (komponen enzim) untuk FADH2.

3.2       Saran

Di Indonesia penelitian di bidang biosensor telah berkembang pesat. Tetapi kebanyakan penelitian di bidang ini berhenti pada tahap publikasi ilmiah di jurnal-jurnal atau seminar-seminar. Sehingga sudah seharusnya para peneliti dan pemerintah Indonesia memanfaatkan momentum tersebut untuk dapat merintis dan mengembangkan sistem sensor dengan kreatifitas, langkah dan kebijakan yang lebih baik lagi.

 DAFTAR PUSTAKA

Bambang Widihastono. 2005. Biosensor. Warta Kimia Analitik. Situs Web P2K LIPI.

Bambang Kuswandi, E.W Atmoko dan A. A Gani. 2006. Optical Biosensor For Urea Based on Immobilised Urease on Sol-Gel Glasses. Acta Pharmaceutica Indonesia Vol. 31 No. 2 Hal. 79-85.

Dedy Hermawan Bagus Wicaksono. Mengenal Biosensor (2) : Memanfaatkan dan Meniru Mahluk Hidup. Tokyo Institute of Technology, Jepang. E-gagas.net

Fraden, J. 1993. AIP Handbook of Modern Sensors: Physics, Designs and Applications. American Institute of Physics. New York.

Frieder scheller,Florian Schubert. 1992. BIOSENSOR. Elsevier Science Publishing Company inc: New York U.S.A

Hartati, Yeni Wahyuni. 2009. Deteksi Hibridisasi Dalam Biosensor DNA Elektrokimia,

(http://resources.unpad.ac.id/unpadontent/uploads/publikasi_dosen/deteksi%20hibridisasi.pdfDeteksi Hibridisasi Dalam Biosensor Dna Elektrokimia).

Hartati, Yeni Wahyuni. 2007. Elektrokimia untuk Deteksi Urutan DNA Tanpa

Indikator Hibridisasi, (http://resources.unpad.ac.id/ unpadcontent/ uploads/publikasi_dosen/makalah%20seminar%20HKI%202007.pdf).

Irawan, M.Anwari.2007.Jurnal Glukosa dan Metabolisme Energi.Volume 01(2007) No.06

Lee Yook Heng, Loh Han Cherndan Musa Ahmad. 2003. Biosensor Potentiometrik untuk Penentuan Urea dan Ketoksikan Logam Berat.Sains Malaysiana 23 Juli 2003.

Marks,Dawn B.,Allan D.Marks,Collen M.Smith.1996.Biokimia Kedokteran Dasar. EGC: Jakarta

Meta Ira Yunita, Putri Kusumah Wardani, Andhini Alifiani, Fuji Fitriani. Biosensor. In

Internet

Neil, A.Campbell,Jane B.Recee,Lawrence G.Michell.2006. Biologi Jiid 1 Edisi 5. Erlangga: Jakarta

Putra, Sinly Evan. 2009. Biosensor dan Aplikasinya, (http://www.chemistry.org/? sect=fokus&ext=43,diakses 15 Januari 2009).

Wikipedia.com. Biosensor. Situs Web Wikipedia English

Wicaksono, Dedy Hermawan Bagus. 2009. Mengenal Biosensor dan Generasi Terbaru Biosensor, http://wwwstd.ryu.titech.ac.jp/ ~indonesia/tokodai/zoa/pdf/zoadedy.pdf).

Wikipedia. 2008. Sekuens DNA,(http://id.wikipedia.org /wiki/ Sekuens_DNA).

Wikipedia. 2009. Sekuensing Asam Nukleat, (http://id.wikipedia.org / /wiki/Sekuensing_asam_nukleat).

Yeni Wahyuni Hartati, Siti Rochani, H.H Bahti, M. Agma. Biosensor Elektrokimia untuk Deteksi Urutan DNA Tanpa Indikator Hibridisasi.Universitas Padjajaran Bandung. In Internet

Zunita, Megawati. 2009. Sensor Cepat dan Sensitif DNA Elektrokimia, (http://www.pikiranrakyat.com /prprint.php?mib=beritadetail&id=6963)