Freefastapp.net – Sebelum menyelami detail Biosensor, ada baiknya untuk kita rangkum konsep sensor secara umum. Sensor adalah perangkat yang mendeteksi perubahan kuantitas fisik seperti suhu, kelembapan, aliran air, intensitas cahaya, dan lainnya, dan mengubahnya menjadi kuantitas yang dapat diukur atau dianalisis.
Jika definisi ini tampak sedikit membingungkan, mari kita coba memahaminya dengan bantuan contoh sederhana. Mungkin Anda pernah mendengar atau mungkin sudah sangat familiar dengan alat bernama LDR atau Light Dependent Resistor. Ini adalah perangkat sederhana yang resistansinya berubah sesuai dengan intensitas cahaya sekitar.Biasanya, ketika intensitas cahaya lebih tinggi maka resistansinya sangat rendah dan jika intensitasnya tinggi, resistansinya melonjak hingga nilai yang sangat tinggi.
Ini berarti bahwa perangkat sederhana seperti LDR dapat bertindak sebagai Sensor Cahaya karena menghasilkan kuantitas (resistansi) yang sesuai dengan kuantitas yang diukurnya (cahaya).
Begitu pula dengan Bio sensor, yang merupakan perangkat yang mengubah sinyal Biologis menjadi sinyal listrik yang lebih berguna. Dalam pembahasan topik yang berhubungan dengan Bio sensor, maka akan ada banyak topik tentang “Sinyal Biologis”.
Apa itu Biosensor?
Definisi paling sederhana dari Biosensor yang bisa dijelaskan ialah, Biosensor merupakan perangkat analitis yang mendeteksi perubahan dalam proses Biologis dan mengubahnya menjadi sinyal listrik. Istilah proses Biologis dapat berupa elemen atau material biologis apa pun baik itu enzim, jaringan, mikroorganisme, sel, asam, ataupun lainnya.
Jadi, Bio sensor adalah kombinasi dari elemen penginderaan biologis dan transduser, yang mengubah data menjadi sinyal listrik. Selain itu, akan ada sirkuit elektronik yang terdiri dari Unit Pengkondisi Sinyal, Prosesor atau Mikrokontroler, dan Unit Tampilan.
Istilah “Bio sensor” merupakan kependekan dari “biological sensor’’ atau sensor biologis. Perangkat ini terdiri dari transduser dan elemen biologis yang dapat berupa enzim, antibodi, atau asam nukleat. Bioelemen berinteraksi dengan analit yang diuji dan respons biologis diubah menjadi sinyal listrik oleh transduser. Bergantung pada aplikasi khususnya, juga dikenal sebagai imunosensor, optroda, cermin resonansi, sinyal kimia, biochip, glukometer, dan biokomputer. Definisi Bio sensor yang umum dikutip adalah:
“Perangkat penginderaan kimia yang di dalamnya terjadi pengenalan yang berasal dari biologis yang digabungkan ke transduser, untuk memungkinkan pengembangan kuantitatif beberapa parameter biokimia yang kompleks.”
Prinsip Biosensor
Bahan biologis yang diinginkan atau dimanfaatkan biasanya berupa enzim. Melalui proses yang dikenal sebagai pendekatan Elektroenzimatik, yaitu proses kimia untuk mengubah enzim menjadi sinyal listrik yang sesuai (biasanya arus) dengan bantuan transduser.
Salah satu respons biologis yang umum digunakan adalah oksidasi enzim. Oksidasi bertindak sebagai katalis dan mengubah pH bahan biologis. Perubahan pH akan secara langsung memengaruhi kapasitas daya hantar enzim, yang sekali lagi, berhubungan langsung dengan enzim yang diukur.
Keluaran transduser, yaitu arus, merupakan representasi langsung dari enzim yang diukur. Arus umumnya diubah menjadi tegangan sehingga dapat dianalisis dan direpresentasikan dengan tepat.
Bagian-Bagian Biosensor
Setiap terdiri dari dua jenis komponen utama yaitu komponen biologis yang bertindak sebagai sensor dan komponen elektronik yang mendeteksi dan mengirimkan sinyal. Sedangkan untuk elemen-elemen terdiri dari beberapa jenis. Berbagai zat dapat digunakan sebagai bioelemen dalam Biosensor. Contohnya meliputi:
- Asam nukleat
- Protein termasuk enzim dan antibodi. Bio sensor berbasis antibodi juga disebut imunosensor.
- Protein atau lektin tanaman
- Material kompleks seperti irisan jaringan, mikroorganisme, dan organel
- Sinyal yang dihasilkan saat sensor berinteraksi dengan analit dapat berupa listrik, optik, atau termal. Sinyal tersebut kemudian diubah melalui transduser yang sesuai menjadi parameter listrik yang dapat diukur – biasanya arus atau tegangan.
Cara Kerja Biosensor
Kombinasi elemen sensitif biologis dan transduser akan mengubah bahan biologis menjadi sinyal listrik yang sesuai. Bergantung pada jenis enzim, keluaran transduser akan berupa arus atau tegangan.
Jika keluarannya berupa tegangan, maka tidak ada yang perlu diubah. Namun jika keluarannya berupa arus, maka arus ini harus diubah terlebih dahulu menjadi tegangan yang setara (menggunakan konverter arus ke tegangan berbasis Op-Amp) sebelum melanjutkan lebih jauh.
Sinyal tegangan keluaran biasanya sangat rendah amplitudonya dan ditumpangkan pada sinyal derau frekuensi tinggi. Jadi, sinyal diperkuat (menggunakan penguat berbasis Op-Amp) dan kemudian diserahkan melewati Filter RC Low Pass.
Proses penguatan dan penyaringan sinyal ini merupakan tugas Unit Pemrosesan Sinyal atau Unit Pengkondisi Sinyal. Keluaran unit pemrosesan sinyal adalah sinyal analog yang setara dengan kuantitas biologis yang diukur.
Sinyal analog dapat ditampilkan langsung pada layar LCD, tetapi biasanya sinyal analog ini dikirimkan ke Mikrokontroler, di mana sinyal analog diubah menjadi sinyal digital, karena sinyal digital mudah dianalisis, diproses, atau disimpan.
Contoh Biosensor
Sebelum membahas lebih jauh berbagai jenis dan aplikasi Bio sensor, mari kita lihat contoh sederhana dari pengaplikasian Biosensor dalam bentuk Glukometer, yang merupakan salah satu aplikasi yang paling umum saat ini.
Diabetes adalah penyakit yang ditandai dengan kadar glukosa dalam darah. Memeriksa kadar glukosa darah secara teratur sangat penting bagi pasien diabetes. Glukometer adalah jenis, yang mengukur konsentrasi glukosa dalam darah. Biasanya, alat ini terdiri dari strip uji, yang mengumpulkan sampel darah kecil untuk menganalisis kadar glukosa. Sensor khusus ini menerapkan pendekatan Elektroenzimatik, yaitu oksidasi glukosa.
Strip uji terdiri dari elektroda pemicu dan elektroda referensi. Saat darah diteteskan pada strip uji, reaksi kimia sederhana terjadi dan arus listrik dihasilkan, yang berbanding lurus dengan konsentrasi glukosa. Secara internal, Glukometer terdiri dari prosesor yang kuat seperti Cortex-M3 atau Cortex-M4 beserta konverter arus ke tegangan, amplifier, filter, dan unit tampilan.
Aplikasi Biosensor
Probe Biosensor menjadi semakin canggih, terutama karena kombinasi kemajuan dalam dua bidang teknologi yaitu mikroelektronika dan bioteknologi. Adalah perangkat yang sangat berharga untuk mengukur spektrum analit yang luas termasuk senyawa organik, gas, ion, dan bakteri.
Sejarah Biosensor
Eksperimen pertama yang menandai asal mula Biosensor dilakukan oleh Leland C. Clark. Untuk eksperimennya, Clark menggunakan elektroda platinum (Pt) untuk mendeteksi oksigen. Ia menempatkan enzim glukosa oksidase (enzyme glucose oxidase / GOD) sangat dekat dengan permukaan platinum dengan menjebaknya pada elektroda dengan sepotong membran dialisis. Aktivitas enzim dimodifikasi sesuai dengan konsentrasi oksigen di sekitarnya. Glukosa bereaksi dengan glukosa oksidase (GOD) untuk menghasilkan asam glukonat dan menghasilkan dua elektron dan dua proton, sehingga mereduksi GOD.
GOD yang direduksi, elektron, proton, dan oksigen di sekitarnya semuanya bereaksi untuk menghasilkan hidrogen peroksida dan GOD teroksidasi (bentuk aslinya), sehingga membuat lebih banyak GOD tersedia untuk lebih banyak glukosa untuk bereaksi. Semakin tinggi kandungan glukosa, maka semakin banyak oksigen yang di konsumsi dan semakin rendah kandungan glukosa, semakin banyak hidrogen peroksida yang di produksi. Ini berarti peningkatan hidrogen peroksida atau penurunan oksigen dapat diukur untuk memberikan indikasi konsentrasi glukosa.
Baca Juga : Peran Teknologi Biosensor Bagi Sektor Agrikultura