PEMANFAATAN PROSES DIELEKTROFORESIS PADA PENENTUAN PERMTTIVITAS DAN KONDUKTIVITAS LISTRIK SEL TELUR IKAN MAS (CYPRINUS CARPIO )
TESTS MAGISTER
MUCH. AZAM 20299502
BIDANG BIOFISIKA DEPARTEMEN FISIKA PROGRAM PASCA SARJANA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2001
DAPTAR IS[ Halaman HALAMAN JUDUL HALAMAN PENGESAHAN HALAMAN PERSEMBAHAN KATA PENGANTAR DAFTAR ISI ABSTRAK ABSTRACT BAB 1. PENDAHULUAN 1. l . Latar Belakang 1.2. Tujuan Penelitian 1.3. Batasan Masalah 1.4. Metode Penelitian 1.5. Sistematika Penulisan BAB lI TEORI DASAR 2.1. Tinjauan Umum Tentang Set Mahluk Hidup 2.1.1. Struktur Set 2.1.2. Bahan Penyusun set 2.1.3. Membran Set 2.2. Dielektroforesis 2.2.1. Medan Listrik diantara Dua Elektroda 2.2.2. Momen Dipol Listrik Dalam Set Model Kulit Bola 2.2.3. Gaya Dielektroforesis 2.2.4. Gerak Partikel dalam Medium Akibat Gaya Dielektroforesis BAB tfI METODE PENELITIAN 3.1. Prosedur Penelitian 3.2. Pembuatan Program Simulasi 3.3. Pengukuran Kecepatan Gerak Set 3.3.1. Alat clan Bahan 3.3.2. Susunan Peralatan 3.3.3. Prosedur Perekaman Gambar 3.4. Penentuan Permitivitas clan Konduktivitas Membran Set
vi
i ii iv Vi
viii ix I 1 3 3 3 4 5 5 7 8 9 9 13 17 19 20 20 21 26 26 27 28 29
30 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 30 4.1. Analisa Hasil Simulasi 4.1.1. Pengaruh Pemilihan Parameter Dielektrik Terhadap Spektrum Frekuensi Dielektroforesis.30 4.1.2. Pengaruh Pemilihan Parameter Konduktansi Terhadap Spektrum Frekuensi Dielektroforesis 32 4.1.3. Pengaruh Variasi Jarak Terhadap Spektrum Frekuensi Dielektroforesis 34 4.2. Pengaruh Variasi Jarak Elektroda Terhadap 34 Kecepatan Set 4.3. Pengaruh Ukuran Set Terhadap Gaya Dielektroforesis 35 38 4.4. Penentuan Permitivitas dan Konduktivitas Set Pengaruh Variasi Frekuensi Medan Listrik AC 4.5. 40 Terhadap Kecepatan Set 42 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan 42 43 5.2. Saran 44 DAFTAR PUSTAKA 46 LAMPIRAN A 48 LAMPIRAN B 51 LAMPIRAN C
vii
ABSTRAK Dielektroforesis didefinisikan sebagai gerak lateral yang terjadi pads partikel tale bermuatan sebagai hasil dari polarisasi yang terinduksi oleh medan listrik tak seragam. Dengan menggunakan set model kulit bola, telah dilakukan penelitian untuk menunjukkan fenomena dielektroforesis yang terjadi pada set telur ikan mas (Cyprirrus Carpio ) di dalam medan listrik AC. Gaya dielektroforesis dapat diturunkan dari hasil interaksi antara medan listrik luar dengan momen dipol listrik induksi dalam set. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai permitivitas dan konduktivitas dari set dan medium berpengaruh terhadap spektrum frekuensi dielektroforesis pada daerah frekuensi yang berbeda. Gaya dielektroforesis tergantung pada ukuran set dan pada besar dan derajat ketidak-seragaman medan listrik. Arah gaya tergantung pada frekuensi medan listrik dan pada konduktivitas dan permittivitas dari set dan medium sel. Dengan mengukur kecepatan gerak set pada frekuensi 54,76 Hz dan melakukan simulasi sehingga diperoleh hasil estimasi: (10,0 t 0,4 )10-9 Sm-1, 0,12 t 0,05 Sm-t dan ( 5,9 f 0,2 ) s o adalah berturut-turut untuk konduktivitas membran, konduktivitas sitoplasma dan permitivitas membran. Kata Ktnrci : Dielektroforesis; Membran set; Set telur; Dipol listrik terinduksi.
viii
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Set makhluk hidup dapat dibedakan berdasarkan permitivitas dan konduktivitas dari membran set dan sitoplasmanya. Perkembangan peralatan dan metode pengukuran pada
penentuan sifat-sifat dielektrik
dari sampel biologi telah mendorong terjadinya peningkatan usaha di bidang Biofisika. Rajewski dan kawan-kawannya telah berhasit mengukur konduktivitas dari beberapa material, mencakup jaringan dan cairan biologi pada frekuensi beberapa kilohertz sampai 100 MAZ dengan
menggunakan frekuensi radio (Foster dan Schwan, 1996).
Mahaworasilpa,
Coster dan George (1994)
menerapkan proses
dielektroforesis
dan elektrorotasi untuk menentukan permitivitas dan
.. konduktivitas membran set darah merah pada tikus dan manusia. Masih banyak kesempatan dan masalah mendasar yang perlu d4ecahkam Selain itu, sekarang sudah mungkin untuk mengukur parameter listrik dari set
dengan mengamati respon geraknya saat
dikenai medan listrik- Metode ini memiliki potensi diterapkan pads penyortiran set dan penggabungan set. Keduanya sangat penting dalam bioteknologi (Foster dan Schwan, 1996). Interaksi partrikel dan set biologi dengan medan listrik telah menjadi subyek penelitian. Ketika set biologi berada di dalam medium yang ...amiliki sifat konduksi yang jelek dan dipengaruhi oleh medan listrik AC maka di dalam set akan terbentuk dipot listrik akibat terinduksi. Jika medan listrik yang dikenakan tidak uniform (seragam), 1
2 interaksi antara medan dengan momen dipol listrik terinduksi akan menyebabkan gaya translasi, yang disebut gaya dielektroforesis. Gaya dielektroforesis dihitung berdasarkan kesetimbangan antara energi listrik dan momentum pada partikel dielektrik dalam medium dielektrik (Sauer, 1985). Pohl telah mendapatkan sebuah gambaran untuk gaya dielektroforesis pada set yang berada dalam medium dengan memodelkan set sebagai bola padat. Model ini realistis untuk set biologi yang tersusun dari kulit bola dielektrik dan khusus digunakan untuk menghitung sifat dielektrik dari membran set dan sitoplasma ( Kaler dan Jones, 1990). Pada metode ini, permittivitas dan konduktivitas set dapat ditentukan dengan terlebih dahulu mengukur kecepatan gerak set akibat gaya dietektroforesis. Oteh sebab itu perlu dibuat peralatan yang dapat digunakan untuk menimbulkan proses dielektroforesis sekaligus dapat digunakan untuk mengukur kecepatan gerak set. Sebagai alat bantu analisa data perlu dibuat program simulasi. Dielektroforesis dapat diaplikasikan untuk mengumpulkan koloid dari larutannya (Muller dkk-, 1996), memanipulasi partikel tunggat yang berukuran nanometer (Hughes dan Morgan, 1998), pemisahan partikel (Gascoyne dkk, 1992), trasportasi partikel (Morgan dkk, 1997), pemisahan bakteri jenis Gram-positif (Markx dkk, 1994), deteksi bakteri dalam air minum, pelabelan bakteri, penggabungan set, deteksi bakteri patogen dalam darah, pemisahan set tumor dari sumsum tulang, pengujian sensitivitas antibiotika dan pemisahan virus dari plasma (www.cellanal.dircon.co.uk/science.htm ).
3
1.2. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian yang ingin dicapai: 1. Membuat program simulasi untuk menentukan permitivitas dan konduktivitas listrik pada bagian membran dan sitoplasma sel makhluk hidup berdasarkan proses dielektroforesis. 2. Menentukan permitivitas dan konduktivitas listrik pada bagian membran dan sitoplasma sel ikan mas ( Cyprimis cwpio ) dengan proses dielektroforesis. 1. 3. Batasan Masalah Program simulasi yang dibuat dalam penelitian ini hanya sesusi untuk sel telur ikan mas atau sel lain dengan jari jari 10 -3 m. 1.4. Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan dalam 4 ( empat ) tahap, yaitu: 1. Studi literatur 2. Pembuatan program simulasi dengan Delphi 5 . 3. Pengambilan data, meliputi: a. Pembuatan medium dengan elektrodanya b. Pengesetan alat eksperimen c. Persiapan sampel d. Perekaman gambar 4. Analisis data, meliputi: a. Pemutaran ulang basil rekaman. b.
Analisa awal
c.
Simulasi data
d_
Analisa akhir
4
1.5. Sistematika Penulisan Bab I Pendahuluan. Pada bab ini diuraikan latar belakang penelitian, batasan masalah yang diambil, tujuan penelitian, metode penelitian yang digunakan dan sistematika penutisan yang digunakan melaporkan hasil penelitian. Bab IT Dasar Teori. Dalam bab ini dijelaskan mengenai struktur sel, bahan penyusun set dan membran set. Bab ini juga mencakup perumusan kuat medan listrik antara dua elektroda, momen dipol listrik dalam set model bola, gaya dielektroforesis dan kecepatan gerak set dalam medium akibat gaya dielektroforesis. Bab III Metode Penelitian. Bab ini mencakup penjelasan mengenai pembuatan program simulasi proses dielektroforesis dan tampilan programnya. Dijelaskan pula pengambilan sampel set, prosedur penentuan permitivitas dan konduktivitas membran set, prosedur pengul:uran kecepatan gerak set, alat dan bahannya. Bab IV Hasil dan Pembahasan. Bab ini mencakup analisis basil simulasi, pengaruh perubahan tegangan listrik AC terhadap kecepatan gerak set, pengaruh variasi jarak elektroda terhadap kecepatan gerak set, pengaruh variasi frekuensi listrik AC dan penentuan nilai permitivitas dan konduktivitas listrik membran set telur ikan mss. Bab V Kesimpulan dan Saran. Dalam bab ini dituliskan beberapa kesimpulan yang diambil dad hasil penelitian dan saran-saran yang dapat digunakan untuk memperbaiki metode penelitian maupun pengembangan pen elitian selanjutnya_
