Prosiding Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014) November 2014, Bandung, Indonesia

Prosiding Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014) 17-18 November 2014, Bandung, Indonesia

PROSIDING Seminar Kontribusi Fisika 2014 http://portal.fi.itb.ac.id/skf2014

ISBN : 978-602-19655-7-3 Editor : Fiki Taufik Akbar, Agus Suroso, Dwi Irwanto, Triati Dewi Kencana Wungu, Syeilendra Pramuditya

© 2015 Penerbit : Program Studi Magister Pengajaran Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung Jl. Ganesha no. 10 Bandung

ISBN 978-602-19655-7-3

1


KOMITE ORGANISASI Pelindung : Prof. Dr.rer.nat. Umar Fauzi

Dewan Pengarah : Dr. Widayani H. Dr. Khairul Basar Dr. Siti Nurul Khotimah

Ketua Panitia : Dr. Agus Suroso

Sekretaris : Dr.Eng. Dwi Irwanto

Bendahara : Triati Dewi Kencana Wungu, Ph.D.

Web dan Publikasi : Syeilenda Pramuditya, Ph.D.

Prosiding : Fiki Taufik Akbar S. M.Si.

Logistik : Irfan Dwi Aditya M.Si. Indarta K. Aji M.Si.

Acara : Wahyu Hidayat M.Si. Sasfan A. Wella M.Si. Getbogi Hikmawan M.Si.

Konsumsi : Nuri Triati M.Si.

Dokumentasi : Aghust Kurniawan S.Si.

ISBN 978-602-19655-7-3

2


FOTO DOKUMENTASI

ISBN 978-602-19655-7-3

3


KATA PENGANTAR Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014) yang dilaksanakan pada 17 dan 18 November 2014 di Bandung merupakan kegiatan ilmiah yang terselenggara berkat dukungan dari Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung. Seminar ini merupakan wadah untuk bertukar pikiran bagi para peneliti, dosen, guru, dan mahasiswa Fisika tentang berbagai aspek Fisika yang telah dipelajarinya. Seminar ini menampilkan 4 pembicara kunci yang berasal dari Institut Teknologi Bandung dan Lembaga Antariksa dan Penerbangan Nasional. Lebih dari 90 peserta dari berbagai universitas dan sekolah akan menyajikan hasil penelitian dan inovasinya di seminar ini. Partisipan dari berbagai kalangan juga hadir di seminar ini. Topik-topik yang disampaikan cukup beragam, mulai dari fisika teoretik, terapan, hingga pendidikan Fisika. Kami selaku panitia mengucapkan terima kasih kepada seluruh pihak yang telah mendukung dan membantu terselenggaranya acara SKF 2014. Semoga kegiatan ini bermanfaat bagi kita semua.

Dr. Agus Suroso Ketua SKF 2014

ISBN 978-602-19655-7-3

4


DAFTAR ISI

KOMITE ORGANISASI

2

FOTO DOKUMENTASI

3

KATA PENGANTAR

4

DAFTAR ISI

5

JADWAL ACARA SKF 2014

11

[PEMBICARA UTAMA] PEMBANGUNAN EMU RADAR DI BUKITTINGGI, SUMATERA BARAT TERKAIT DENGAN PENGEMBANGAN KAJIAN DINAMIKA VERTIKAL ATMOSFER INDONESIA (KHUSUSNYA INVESTIGASI GELOMBANG KELVIN)

12

Eddy Hermawan, Aristyo Rahadian Wijaya, dan Siti Hairunnisa Norfahmi

STUDI KOMPUTASI ALIRAN SEBAGAI FUNGSI PERBEDAAN SUHU FLUIDA

16

Suprijadi, A. Ikhsan, R. R. Septiawan dan I. D. Aditya

KETENTUAN AGUNG DALAM ALAM SEMESTA

20

Suparno Satira

SPARSE SAMPLING AND RECONSTRUCTION OF FRACTIONAL BROWNIAN MOTIONS SIGNALS

25

Andriyan B. Suksmono

[PEMBICARA SESI PARALEL] SURVEY KONSEPSI MAHASISWA CALON GURU FISIKA PADA KONSEP MEDAN LISTRIK MENGGUNAKAN FCCI BERBENTUK THREE TIER TEST

27

Achmad Samsudin, Andi Suhandi, Dadi Rusdiana, dan Ida Kaniawati

KAJIAN MEKANISME DIFUSI PADA SISTEM MIKROPHYSIOLOGI MODEL PADA MONTE CARLO SIMULATOR CELL (MCELL) Adita Sutresno, Moh. Faizal Fajri Al Amin, Idam Arif, Sparisoma Viridi, Freddy Haryanto

ISBN 978-602-19655-7-3

5

31


PERAGA INTRUSI AIR LAUT DI ESTUARI DALAM KONTEKS PENGAJARAN HUKUM NEWTON DAN FLUIDA

35

Afni Kumala Wardani, Marati Husna, Ely Rismawati, Acep Purqon

HUKUM KETIGA NEWTON SEBAGAI AKIBAT KONSISTENSI PENSKALAAN, DAN SUATU PERTIMBANGAN METAFISIKA

39

Aloysius Rusli

KONSEP REAKTOR NUKLIR MODULAR BERSPEKTRUM NEUTRON CEPAT DAN BERMOBILITAS TINGGI DENGAN TEMPERATUR KERJA YANG TINGGI SERTA PENDINGIN HELIUM

43

Andrew.I.Samosir dan Zaki Suud

PEMANFAATAN SENSOR WARNA BERDASARKAN WARNA DASAR RGB MENGGUNAKAN LDR UNTUK MENENTUKAN NILAI MATA UANG

47

Asep Saefullah, Widya Rika Puspita, Leni Aziyus Fitri, Mairizwan, M. Sainal Abidin, Hendro

IMPLEMENTASI MODEL PEMBELAJARAN APTITUDE TREATMENT INTERACTION (ATI) UNTUK MENINGKATKAN KEMAMPUAN PEMECAHAN MASALAH MATEMATIS SISWA SMP

51

Asep Simbolon, Louise M. Saija

POLA ANOMALI DATA TEMPORAL TOTAL ELECTRON CONTENT (TEC) IONOSFER YANG BERHUBUNGAN DENGAN DUA GEMPA BESAR TERKINI DI INDONESIA

55

Asis Pattisahusiwa, The Houw Liong, dan Acep Purqon

MANAJEMEN DAN OTOMATISASI PENGONTROLAN PENGGUNAAN DAYA LISTRIK SECARA MASAL MENGGUNAKAN JARINGAN ARDUINO UNO

59

Asis Pattisahusiwa, Delia Meldra, Yopy Mardiansyah, dan Hendro

STUDI AWAL PENGARUH TRANSMISI MULTILEAF COLLIMATOR (MLC) TERHADAP PERHITUNGAN DOSIS PADA PRISM TPS SECARA SEDERHANA

63

Chairun Nisa, Freddy Haryanto

PENGENALAN METODE MAGNETIK SEBAGAI SURVEY AWAL PANAS BUMI KEPADA SISWA SMA Claudia M. M Maing, Suka P. Pandia, Cristi Ascika Sekeon dan Alamta Singarimbun

PENGENALAN METODE GEOLISTRIK DALAM EKSPLORASI POTENSI PANAS BUMI UNTUK SISWA SMA

ISBN 978-602-19655-7-3

6

67 67

71


Cristi Ascika Sekeon, Alamta Singarimbun, Suka Prayanta Pandia, dan Claudia Mariska Maing

RANCANGAN SENSOR PHOTODIODE UNTUK PENDETEKSI KEMIRINGAN

75

Desyana Olenka M, Imam Wijaya, Dian Ahmad Hapidin, Hendro

PENGAMATAN EFEK KACANG BRAZIL DUA DIMENSI DAN ANALISA TRANSFER ENERGINYA DENGAN OPENCV YANG TELAH TERSTANDARKAN PROSEDURNYA

79

Dimas Praja Purwa Aji, Siti Nurul Khotimah, dan Sparisoma Viridi

DIAGNOSIS KESULITAN-KESULITAN SISWA DALAM KONSEP GERAK DAN GAYA

83

Duden Saepuzaman, Achmad Samsudin, Asep Dedy Sutrisno, Ida Kaniawati, dan Yusnim,

SIFAT ANTI BAKTERI MINYAK ATSIRI KULIT JERUK PURUT

87

Ester Ria Tuahmi Saragih, dan Untung Sudharmono

SENSOR PHOTODIODE SEBAGAI PENGUKUR MOLARITAS LARUTAN CUSO4.5H2O BERBASIS ARDUINO MEGA 2560

91

Fauzia Puspa Lestari, Gina Hanifah Rahmi, Atut Reni Septiana, dan Hendro

PENGARUH FREKUENSI TERHADAP KECEPATAN ALIRAN (KONVEKSI) BUTIRAN BED PADA FENOMENA EFEK KACANG BRAZIL PSEUDO-2D

95

Hari Anggit Cahyo W, Trise Nurul Ain, Yayan Prima Nugraha dan Sparisoma Viridi

ALAT EKSPERIMEN SEDERHANA DAN SIMULASI VBA - EXCEL PADA KONSEP GERAK PARABOLA

99

Zulfikar Fahmi, Sari Sami Novita, Hari Anggit Cahyo Wibowo

ANALISIS MISKONSEPSI TOPIK USAHA DAN ENERGI SISWA KELAS XI SETELAH PEMBELAJARAN KOOPERATIF MENGGUNAKAN SIMULASI KOMPUTER

103

Hilda Aini Nugraha, Ida Kaniawati, Endi Suhendi

TRANSPARANSI OPTIK LAPISAN TRANSPARAN KOMPOSIT NANOPARTIKEL ZNO/CARBOXYMETHYL CELLULOSE (CMC) PADA TEMPERATUR 200OC

107

Horasdia Saragih

SENSOR API BERBASIS ARDUINO SEBAGAI DETEKTOR DINI KEBAKARAN AKIBAT HUBUNGAN PENDEK ARUS LISTRIK Husnul Hamdi, Elfitra Desifatma, Kiswanto, Hendro

ISBN 978-602-19655-7-3

7

111


PENGAMATAN KEMAMPUAN PEMAIN FUTSAL DAN HASIL PERTANDINGANNYA: ANALISA DAN MODEL

115

Sparisoma Viridi, Nuning Nuraini, dan Ikhlas

PENGUKURAN GAYABERAT RELATIF UNTUK PENDEFINISIAN REFERENSI KETINGGIAN GEODESI DI KOTA SEMARANG

119

L. M. Sabri, Leni Sophia Heliani, T. Aris Sunantyo, Nurohmat Widjajanti, Supriyadi

EFEKTIVITAS EKSTRAK AIR DAUN BINAHONG (ANREDERA CORDIFOLIA (TENORE) STEENIS) TERHADAP PERTUMBUHAN BAKTERI ESCHERICHIA COLI

123

Marisca F. Rehatta dan Untung Sudharmono

PENGARUH PEMBELAJARAN KOOPERATIF JIGSAW TERHADAP PENGUASAAN KONSEP MAHASISWA PADA PERKULIAHAN LISTRIK MAGNET TOPIK MUATAN LISTRIK DAN HUKUM COULOMB

127

Muhamad Gina Nugraha, Duden Saepuzaman, dan David E.Tarigan

KAJIAN AWAL RANCANG BANGUN SISTEM PENGENDALI KECEPATAN COOLING PAD BERBASIS ARDUINO

131

Muhammad Nasir, Ridwan Ramdani, Muhammad Sainal Abidin, dan Hendro

SISTEM SONAR TUNANETRA (SST) UNTUK MEMETAKAN LOKASI

135

Muhammad Zukir, Ismail Saleh, Yudiansyah Akbar, dan Hendro

PENGUKURAN GEOLISTRIK TAHANAN JENIS KONFIGURASI WENNER DI KAWAH GUNUNGAPI PAPANDAYAN

139

Nilam Sari, Felicity Perfecta Azhar, Rahandika Febri Arivani, Yobi Aris Mauladi, Abdul Rozaq, dan Nurhasan

MENINGKATKAN KEMAMPUAN PEMAHAMAN KONSEP MATEMATIS SISWA BERBANTUAN MAPLE MELALUI MODEL PEMBELAJARAN CONCEPTUAL UNDERSTANDING PROCEDURES (CUPS) DAN KOOPERATIF TIPE LEARNING TOGETHER (LT)

143

Oriza Stepanus, dan Dr. Kartini Hutagaol

PENERAPAN MODEL PEMBELAJARAN KOOPERATIF TIPE STAD (STUDENT TEAM ACHIEVEMENT DIVISION) BERBANTUAN SIMULASI KOMPUTER UNTUK MEMINIMALISIR MISKONSEPSI SISWA Rifa Syarifatul Wahidah, Iyon Suyana, dan Endi Suhendi

ISBN 978-602-19655-7-3

8

147


ANALISIS CAPAIAN KOMPETENSI GURU BIDANG STUDI FISIKA PADA PELAKSANAAN SERTIFIKASI GURU DALAM JABATAN TAHUN 2013 DI PROVINSI MALUKU UTARA

151

Saprudin

SIMULASI TUMBUKAN BOLA BILLIARD DENGAN MACRO VISUAL BASIC

154

Sari Sami Novita

STUDI PENGGUNAAN ELECTRICAL CAPACITANCE VOLUME TOMOGRAPHY (ECVT) BRAIN SCANNER UNTUK OBSERVASI AKTIVITAS OTAK MANUSIA

158

Siska A. Nirmala, Nita Handayani, Siti N. Khotimah, Freddy Haryanto, Warsito P. Taruno

INVESTIGASI DERAJAD POROSITAS DARI LAPISAN MESOPOROS ZNO DENGAN DOPING AL (AZO) PADA BERBAGAI KADAR DOPAN MELALUI METODA PENGUKURAN RESONANSI PLASMON PERMUKAAN

162

Siti Chalimah, Herman, Yono Hadi Pramono, Rahmat Hidayat

PEMBUATAN STROBOSKOP DENGAN MENGGUNAKAN LED ULTRABRIGHT BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA328 UNTUK MENGHITUNG KECEPATAN ROTASI BENDA

166

Sri Rahayu Alfitri Usna, Elsi Ariani, Ahmad Fauzi, Mairizwan, dan Hendro

PENGENALAN METODE GRAVITASI DALAM EKSPLORASI PANASBUMI KEPADA SISWA – SISWA DI SMA NEGRI 2 NUBATUKAN KABUPATEN LEMBATA, NUSA TENGGARA TIMUR

170

Suka P. Pandia, Alamta Singarimbun, Wahyu Srigutomo, Claudia M. Maing, Cristi Ascika Sekeon

PENGENALAN POLA PADA FLUKTUASI HARGA VARIAN CABAI DI KOTA BANDUNG DENGAN METODE PROPAGASI BALIK JARINGAN SYARAF TIRUAN

174

Muhammad Yangki Sulaeman, Teja Kesuma, Sparisoma Viridi

KAJIAN SIFAT FISIS DAN MEKANIS PAPAN PARTIKEL SEKAM PADI BERDASARKAN STANDAR SNI 03-2105-2006

178

Taufiq Al Farizi, dan Widayani

TEORI QUASISPESIES DAN PERSAMAAN REAKSI-DIFUSI

182

Trisna Utami, Fakhrul Rozi Ashadi, Siti Nurul Khotimah, Sparisoma Viridi

KAJIAN PERBANDINGAN MICRO-CT SKYSCAN 1173 DAN SEM DALAM MENENTUKAN KOMPONEN PENYUSUN BATU KEMIH

ISBN 978-602-19655-7-3

9

186


Vepy Asyana, Leni Aziyus F., dan Freddy Haryanto

IMPLEMENTASI ADXL335 UNTUK PENGUKURAN NILAI PERCEPATAN PADA EKSPERIMEN KECEPATAN ALIRAN KONVEKSI EFEK KACANG BRAZIL

190

Yayan Prima Nugraha, Trise Nurul Ain, Hari Anggit Cahyo Wibowo, Sparisoma Viridi

CHALK HOLDER SEBAGAI ALAT UNTUK MEREDUKSI SISA PEMAKAIAN KAPUR TULIS

194

Yulida Rachmawati, Gabriella Mega Puspitasari, dan Sparisoma Viridi

SIFAT ANTI BAKTERI KOMPOSIT NANOPARTIKEL ZNO/CARBOXYMETHYL CELLULOSE (CMC)

198

Yunus Bonhard Nade dan Horasdia Saragih

PENGARUH UKURAN WADAH PADA SISTEM PENYIMPAN ENERGI TERMAL DARI MINYAK KELAPA Zulfikar Fahmi, Inge. M. Sutjahja, Surjamanto W.

ISBN 978-602-19655-7-3

10

202


Jadwal Acara SKF 2014 Hari 1 ( 17 November 2014) 07.00-09.00

Registrasi

09-00-09.10

Pembukaan

09.10-09.20

Sambutan Ketua Panitia

09.20-09. 30

Sambutan Ketua Prodi Fisika

09.30-09.40 09.30-10.30

10.30-11.30

Sesi Foto Bersama Pembicara Kunci- 1 : Suparno Satira (KS-1) “Keteraturan Agung dalam Alam Semesta (The Golden Rules of the Universe)” Pembicara Kunci- 2 : Andriyan B. Suksmono (KS-2) “Sparse Sampling and Reconstruction of Fractional Brownian Motions Signals”

11.30-13.00

Istirahat Siang

13.00-15.00

Sesi Paralel 1

15.00-15.15

Coffee Break

15.00-17.15

Sesi Paralel 2

Hari 2 ( 18 November 2014) 07.30-09.15

Sesi Paralel 3

09.15-09.30

Coffee Break Pembicara Kunci 3 : Supriadi (KS-3) “Peran Komputasi dalam Fisika untuk Menjelaskan Sifat Perpindahan Panas pada Material”

09.45-10.45

10.45-11.45

Pembicara Kunci-4 : Eddy Hermawan (KS-4) “Rencana Pembangunan EMU (Equatorial Middle and Upper) Radar di Bukittinggi, Sumatera Barat Terkait dengan Pengembangan Kajian Dinamika Vertikal Atmosfer Indonesia”

11.45-13.00

Istirahat Siang

13.00-15.00

Sesi Paralel 4

15.00-15.15

Coffee Break

15.00-16.45

Sesi Paralel 5

ISBN 978-602-19655-7-3

11


Kajian Mekanisme Difusi pada sistem mikrophysiologi model pada Monte Carlo Simulator Cell (MCell) Adita Sutresno, Moh. Faizal Fajri Al Amin, Idam Arif, Sparisoma Viridi, Freddy Haryanto Email: [email protected]

Abstrak Fungsi sebuah susunan saraf dapat dilihat pada skala yang berbeda, dan dapat dilakukan dengan pendekatan komputasi mulai dari sistem organ sampai molekular, dari ukuran cm sampai angstroms. Pada tingkat cellular dan subcellular signal dapat dimodelkan sesuai dengan kebutuhan dengan struktur yang relistis. Pada studi ini telah dilakukan penelitian dengan mensimulasikan fungsi synapse mikrophysiologi berbasis metode Monte Carlo dengan software Monte Carlo Cell (MCell). MCell merupakan software berbasiskan metode Monte Carlo yang menerapkan hukum Fick untuk proses difusi, yang mana MCell terbagi menjadi dua bagian yaitu pemodelan dan simulasi. Selain itu beberapa parameter yang terdapat dalam MCell meliputi posisi molekul, panjang dari time-step, dan jumlah time-step iterasi. Dan yang menjadi titik berat pada penelitian ini adalah parameter run-time untuk setiap simulasi yang dilakukan. Dari hasil simulasi untuk bentuk kubus dengan dimensi 1x1x1 µm, jumlah molekul permukaan yang dapat berfungsi sebagai protein receptor 100 molekul dan jumlah molekul volume yang merupakan jumlah molekul yang akan didistribusikan lewat proses difusi terhadap molekul permukaan antara 1000-10.000 molekul, menunjukkan pola yang seragam. Dimana waktu yang diperlukan untuk setengah jumlah molekul volume mengalami difusi adalah 0.003659 detik dengan simpangan deviasi 0.000235 detik. Dan untuk simulasi dengan ketebalan kubus yang berubah antara 0.1 – 1 µm dengan penambahan 0.1 µm, dan jumlah molekul yang didistribusikan sama yaitu 10.000, menghasilkan fungsi untuk semua ketebalan adalah eksponensial. Dan untuk perubahan ukuran dengan bentuk kubus, memberikan hubungan yang linear, bahwa semakin panjang lintasan memberi pengaruh pada lama proses difusi juga semakin lama. Sedangkan untuk perbandingan perubahan bentuk (kubus, silinder dan bola) dengan volume dan jumlah molekul yang sama, menunjukkan bahwa untuk setengah jumlah molekul yang terdifusi bentuk bola menjadi bentuk yang paling cepat proses difsinya diikuti silinder dan kubus. Berdasarkan hasil dan hipotesa yang sudah diperoleh, maka dapat disimpulkan bahwa jumlah molekul yang didifusikan tidak mempengaruhi waktu yang diperlukan untuk proses difusi. Selain itu seluruh fungsi proses difusi dengan bentuk kubus memenuhi permasaan eksponensial dan sesuai dengan persamaan difusi untuk konsentrasi tinggi. Kata-kata kunci: MCell, Synapse, Simulasi Sell

difusi pada membran-membran yang ada dalam tubuh [3], [4], [5].

Pendahuluan Difusi adalah proses penting yang terjadi dalam bagian mahkluk hidup terutama pada bagian sel. Dimana difusi adalah proses perpindahan material seperti ion, atom atau molekul dari bagian yang berkonsentrasi lebih tinggi ke bagian yang berkonsentrasi lebih rendah [1]. Untuk mempelajari proses difusi pada bagian yang sangat kecil ukurannya, maka penggunaan sebuah simulasi akan sangat membantu. Penelitian dengan menggunakan simulasi khususnya Monte Carlo Cell (MCell) walaupun baru dimulai pada tahun 1996 [2], namun hasil-hasil penelitian sudah banyak terutama dalam mensimulasikan dalam proses

ISBN 978-602-19655-7-3

Pada penelitian ini merupakan studi awal dalam mempelajari proses difusi dengan simulasi MCell terutama di Indonesia. Fokus utama dalam simulasi adalah bentuk geometri dasar yang terdiri dari kubus, silinder, dan bola (icosphere). Untuk parameter yang digunakan sebagai variasi simulasi meliputi perubahan jumlah molekul untuk difusi pada geometri kubus, dimana jumlah molekul berubah dari 1000-10.000 molekul dengan penambahan tiap 1000 molekul. Selain itu pada perubahan panjang kubus dari panjang 0,1-1 µm dan diubah tiap 0,1 µm sebagai variasi perubahan disimulasikan pada jumlah molekul 10.000. Dan

31


dalam bentuk lain yaitu   4Dt . Sehingga probability density function (pdf) dari posisi akhir suatu molekul yang berdifusi secara matematis dapat ditulis menjadi persamaan (3).

bagaimana disimulasikan pengaruh perubahan geometri terhadap lama difusi, dengan membandingkan bagaimana lama difusi untuk kubus, silinder dan bola pada dimensi yang sama.

 (r , t ) 

Teori MCell adalah software beralgoritma Monte Carlo yang dikembangkan untuk mensimulasikan proses yang terjadi pada sistem sel. Program MCell dikembangkan oleh National Resource for Biomedical Supercomputing, Pittsburgh University, dan merupakan software open source yang dapat didapat di http://www.mcell.cnl.salk.edu/ [5],[6]. Untuk membuat geometri seperti yang diinginkan MCell memanfaatkan software CellBlender pada add-on di MCell. Simulasi dengan MCell meliputi empat tahap, yaitu : 1. Mendisain permukaan atau rekontruksi, 2. Visualisasi dan desain model, 3. Simulasi, 4. Visualisasi dan analisa hasil.

c(r , t )

(4 Dt )

d

e

(3)

Tabel. 1. Parameter penelitian untuk mengetahui pengaruh jumlah molekul, perubahan dimensi dan perubahan geometri Parameter Iterasi Time step Konstanta Difusi Molekul Volume 1 Konstanta Difusi Molekul Volume 2 Konstanta Difusi Molekul Permukaan Konstanta Laju Reaksi Molekul

Dimensi Bidang Cube, Cylinder, Icosphere (x,y,z) Jumlah Molekul Volume Jumlah Molekul Permukaan

Nilai Standar 25000 1x10-5 s 1x10-6 cm2 s-1 1x10-6 cm2 s-1 0 cm2 s-1 1x108 M-1 s-1 1 x1x1 µm 1000 - 10000 100

Dari simulasi yang dilakukan didapat grafik antara jumlah molekul terhadap waktu (dt) seperti terlihat pada gambar 1. Pada grafik tersebut merupakan hasil normalisasi dari jumlah molekul yang disimulasikan yaitu dari 100010.000 molekul yang sudah dinormalisasi, sehingga jumlah molekul yang didifusikan paling tinggi pada nilai 1 dan terendah pada nilai 0. Sedangkan waktu difusi pada axis x merupakan perkalian antara iterasi dengan time step yang merupakan lamanya proses difusi terjadi dalam

(2)

2

. Jarak difusi dapat dinyatakan

ISBN 978-602-19655-7-3

/2

Adapun parameter yang digunakan untuk simulasi pada geometri kubus dengan perubahan jumlah molekul, perubahan panjang kubus dengan jumlah molekul 10.000 dan dimensi untuk ketiga geometri yang berbeda dapat dilihat seperti pada tabel 1.

Dimana d merupakan ukuran dimensi dari ruang difusi(2 untuk 2-D dan 3 untuk 3-D). Karena konsentrasi dianggap simetris secara radial, maka r (jarak perpindahan molekul) dapat diganti menjadi r  r

2

Pemodelan yang dilakukan menggunakan CellBlender berupa bentuk dasar geometri meliputi kubus, silinder dan bola (icosphere). Dan simulasi yang dilakukan menggunakan MCell meliputi perubahan jumlah molekul yang didifusikan pada geometri kubus yaitu untuk untuk jumlah molekul 1000-10.000 dengan perubahan tiap 1000 molekul. Kemudian perubahan panjang dari kubus dengan jumlah molekul yang sama dan terakhir adalah simulasi untuk ketiga bentuk geometri yang berbeda namun mempunyai ukuran dimensi yang sama.

Dimana D adalah konstanta difusi dari suatu molekul pada medium dan temperature tertentu. MCell merupakan metode Monte Carlo cepat (Fast Monte Carlo method) dimana proses dipercepat dengan menggunakan distribusi yang dipakai sebagai acuan atau standar yaitu menyimpan nilai-nilai tersebut pada memori sebagai fungsi look-up table kemudian menggunakan bilangan acak untuk mengetahui setiap perpindahan dari molekul tersebut. Pada proses simulasi untuk molekul tunggal, dimana molekul tersebut diletakkan pada koordinat (0,0,0) dengan waktu t = 0 dan berdifusi dengan konstanta difusi D, dapat ditulis dalam persamaan matematis seperti persamaan (2).  r .r /4 Dt



e r

Hasil dan diskusi

(1)

1



d

Untuk menentukan jarak radial dari difusi, dibutuhkan variabel random dari x (jarak), θ arah radial) dan φ (arah putar) [7], [8].

Proses difusi yang disimulasikan dengan MCell merupakan persamaan dari perubahan konsentrasi terhadap waktu atau lebih dikenal sebagai hukum Fick kedua, dimana konsentrasi molekul c(r,t) dapat bergerak secara acak dalam arah 3-D dan dapat dituliskan secara matematis seperti terlihat pada persamaan (1).

c  D 2r c t

1 d /2

32


simulasi. Untuk nilai-nilai parameter seperti konstanta difusi molekul volume 1, 2, dan molekul permukaan, serta konstanta laju rekasi merupakan parameter yang diperoleh pada tutorial MCell, dan bukan merupakan nilai-nilai yang didapat dari hasil eksperimen.

Gambar 2. Grafik ketebalan bidang terhadap waktu yang terjadi pada saat terjadinya waktu paruh proses difusi. Hubungan linear memberi arti bahwa semakin panjang kubus menjadikan volume tempat molekul menjadi lebih besar dan menyebabkan kerapatan dalam volume tersebut menjadi kecil. Kondisi ini menyebabkan konsentrasi menjadi menurun dan akibatkan kecepatan difusi juga menurun, sehingga waktu yang diperlukan untuk separuh jumlah molekul mengalami proses difusi menjadi lebih lama, namun mempunyai hubungan linear. Dengan semakin menurunnya konsentrasi juga menyebabkan pencapaian kondisi setimbang juga semakin lama.

Gambar 1. Grafik normalisasi perubahan jumlah molekul terhadap waktu dalam proses difusi geometri kubus Hasil simulasi menunjukkan bahwa perubahan jumlah molekul dari 1000 – 10.000 tidak memberikan perubahan secara signifikan dari proses difusi, hanya sedikit kelihatan perubahan mulai 0,005 – 0,015 dt sehingga jumlah molekul yang didifusikan perlu lebih banyak lagi untuk mengetahui perubahan yang terjadi. Namun demikian persamaan yang yang dihasilkan dari simulasi untuk ke 10 variasi jumlah molekul adalah relatif sama yaitu semuanya merupakan fungsi eksponensial. Salah satu persaman yang dihasilkan dari

Adapun hasil yang diperoleh untuk simulasi geometri yang berbeda antara kubus, silinder dan bola menunjukkan bahwa ketiga geometri tersebut memberikan hubungan yang linear, seperti terlihat pada gambar 3.

198.2t

jumlah molekul 9000 adalah y  9325.6e , dimana bentuk persamaan ini serupa dengan persamaan (2). Untuk hasil simulasi perubahan dimensi kubus dimana kubus dirubah panjangnya dari 0,1 – 1 µm dengan perubahan tiap 0,1 µm dengan mengambil jumlah molekul yang didifusikan sebanyak 10.000 molekul terhadap waktu memberikan hubungan yang linear seperti nampak pada gambar 2. Dimana waktu yang dimaksud adalah waktu yang diperlukan untuk terjadinya proses difusi sampai separuh molekul terdifusikan.

Gambar 3. Grafik separuh waktu difusi molekul terhadap waktu untuk perubahan geometri volume icosphere 0.5236 µm 3, cylinder 0.7854 µm3, dan cube 1 µm3 dengan dimensi setiap bidang 1 x1 x1 µm. Dengan dimensi yang sama dari geometri yang berbeda memberikan pengaruh waktu difusi yang berbeda, hal ini disebabkan karena tiap geometri yang berbeda mempunyai luas permukaan yang berbeda. Dimana luas

ISBN 978-602-19655-7-3

33


permukaan memberi pengaruh pada luasan yang dilewati molekul untuk berdifusi, dan dengan semakin luas permukaan interaksi memberikan pengaruh pada semakin cepat proses difusinya. Selain itu juga volume yang berbeda menyebabkan konsentrasi yang berbeda dan berakibat pada kecepatan difusi juga berbeda. Dari ketiga bentuk geometri menunjukkan bahwa bola memberikan kecepatan proses difusi paling cepat diikuti dengan geometri silinder dan kubus.

[6] R. A. Kerr, "Cellular Modeling with MCell," Howard Hughes Medical Institute, Ashburn, 2007. [7] R. A. Kerr, M. T. Bartol, B. Kaminsky and et.al, "Fast Monte Carlo Simulation Methods for Biological Reaction-Diffusion System in Solution and on Surface," SIAM J Sci Comput, vol. 30(6), no. October 13, p. 3126, 2008. [8] E. D. Schutter, Computational Neuroscience Realistic Modeling for Experimentalists, Antwerp: CRC Press, 2000.

Kesimpulan Jumlah molekul yang sedikit menyebabkan perubahan konsentrasi pada proses difusi tidak terlihat jelas untuk tiap perubahan jumlah molekul. Namun demikian persamaan hasil simulasi hasil simulasi memberikan format yang sama dengan persamaan difusi secara teoritik. Selain itu simulasi untuk dimensi kubus memberi hubungan linear antara penambahan panjang kubus terhadap lama proses difusi, dan perubahan simulasi perubahan geometri (kubus, silinder, bola) pada volume yang sama memberikan hubungan linear terhadap proses difusi.

Adita Sutresno* Nuclear Physics and Biophysics Research Division Department of Physics, Institut Teknologi Bandung Department of Physics, Universitas Kristen Satya Wacana [email protected]

Moh. Faizal Fajri Al Amin Nuclear Physics and Biophysics Research Division Department of Physics, Institut Teknologi Bandung [email protected]

Idam Arif Nuclear Physics and Biophysis Research Division Institut Teknologi Bandung [email protected]

Ucapan terima kasih Penulis mengucapkan terima kasih untuk ITB dan JICA atas dukungan pendanaan pada penelitian ini melalui Program Proyek Pengembagan ITB (III) 2014 dengan nomer SK 1575/I1.C01/PL/2014.

Sparisoma Viridi Nuclear Physics and Biophysis Research Division Department of Physics, Institut Teknologi Bandung [email protected]

Referensi

Freddy Haryanto

[1] I. Vakalis, "Diffusion in Biology: A Mathematical Modeling Approach," W.M Keck Foundation, Ohio, 2002. [2] S. R. Joel , D. V. Helden, T. M. Bartol and et, al, "Miniature endplate current rise time < 100 micrometerfrom improved dual rcordings can modeled with passive acetycholine diffusion from a synaptic vesicle," Proc. Natl Acad. Sci, vol. 93, no. June 1996, pp. 5747-5752, 1996. [3] J. R. Stiles, I. V. Kovyazina, E. E. Salpeter and M. M. Salpeter, "The Temperature Sensitivity of Miniature Endplate Current Is Mostly Governed by Channel Gating: Evidence from Optimized Recordinga and Monte Carlo Simulation," Biophysics Journal, vol. 77, no. Agust 1999, pp. 117-1187, 1999. [4] J. P. Dilger, "Monte Carlo Simulation of Buffered Diffusion into and out of a Model Synapse," Biophysical, pp. 959-967, 2010. [5] J. P. Dilger, "Simulation of the kinetics of Neuromuscular block: Implication for speed of onset," Anesthesis & Analgesia, pp. 792-802, 2013.

Nuclear Physics and Biophysis Research Division Department of Physics, Institut Teknologi Bandung [email protected]

ISBN 978-602-19655-7-3

*Corresponding author

34

Prosiding Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014) November 2014, Bandung, Indonesia

Recommend Documents