2.4 Metode Desinfeksi Gigitiruan
2.4.1 Energi Microwave Sebagai Alternatif Desinfeksi Gigitiruan
Microwave oven atau yang dikenal sebagai microwave adalah suatu alat yang menggunakan iradiasi gelombang mikro (frekuensi 2450 Mhz) untuk memanaskan suatu benda (dalam hal ini adalah makanan). Alat ini menggunakan gelombang elektromagnetik dengan batas frekuensi antara 1.000 MHz hingga 300.000 MHz dan batas panjang gelombang diantara infra merah dan gelombang radio (1 – 30cm). Microwave merupakan suatu gelombang elektromagnetik seperti gelombang cahaya, energi gelombang ini tidak dapat dilihat mata karena panjang gelombangnya (walaupun sangat kecil dibanding gelombang radio) jauh lebih besar dari panjang
gelombang cahaya (di luar spektrum sinar tampak). Keduanya sama-sama terdapat dalam spektrum gelombang elektromagnetik. Panjang gelombang cahaya berkisar antara 400-700 nm (1 nm = 10-9 m); sedangkan kisaran microwave sekitar 1-30 cm (1 cm = 10-2 m). Microwave bergerak dalam garis lurus dengan kecepatan cahaya (186,282 miles/sec) (Gambar 2.5).
Gambar 2.5. Medan Magnet dan Medan Elektrik Sebuah Gelombang Elektromagnetik
Sumber : Chandra U. Microwave heating. Croatia, 2011; Intech
Energi ini juga digunakan dalam komunikasi, radar dan microwave oven. Energi microwave diserap oleh air dan makanan, tetapi logam memantulkan energi microwave, karena bahan logam akan melakukan reiradiasi energi microwave. Metal merupakan konduktor panas yang baik, tetapi pecahan energi microwave akan diabsorpsi dan dengan cepat dipantulkan kembali karena molekul bahan logam yang tersusun sangat rapat sehingga tidak bisa ditembus oleh energi microwave. Di dalam setiap microwave terdapat beberapa komponen utama, salah satunya adalah magnetron (Gambar 2.6).
Gambar 2.6. Bagian-bagian dari Magnetron Sumber : Chandra U. Microwave
heating. Croatia 2011; Intech
Microwave diemisikan oleh magnetron untuk menggerakkan molekul sehingga meningkatkan panas dari zat tersebut. Magnetron adalah sejenis tabung hampa penghasil microwave. Fungsi magnetron adalah memancarkan microwave ke dalam ruang pemanas microwave (Gambar 2.6). Sebagai gelombang elektromagnetik, microwave yang menjalar membawa energi yang cukup untuk memanaskan cairan pada makanan. Microwave yang dipancarkan magnetron ke dalam ruang microwave akan terperangkap di dalamnya karena terlindung oleh dinding ruang microwave yang terbuat dari logam, selanjutnya apabila microwave mengenai cairan, maka microwave ini akan diserap oleh cairan tersebut. Sebagai gelombang elektomagnetik, microwave membawa medan listrik dan medan magnet. Molekul-molekul air memiliki dua buah muatan di kedua ujungnya, yaitu positif dan negatif. Gaya listrik yang diakibatkan medan listrik microwave akan memutar molekul - molekul air hingga molekul - molekul air tersebut dapat bergerak. Bergeraknya molekul-molekul air ini disebabkan karena air adalah fluida. Pergerakan ini kemudian menyebabkan molekul-molekul air
saling bertubrukan. Tubrukan-tubrukan inilah yang akan meningkatkan suhu molekul air, yang kemudian meningkatkan suhu makanan secara keseluruhan. Ruangan di dalam microwave walaupun mengandung uap air akibat penguapan cairan tidak menjadi panas, karena uap air memiliki kerapatan yang jauh lebih rendah di banding air, sehingga tidak terjadi tubrukan antara molekul air (Vollmer dkk. 2004; Chandra 2011).
Gambar 2.7. Komponen Utama Microwave
Sumber : Chandra U. Microwave heating. Croatia, 2011 ; Intech
Zat lain yang juga akan menyerap panas microwave adalah gula, garam dan lemak. Microwave pada frekuensi ini tidak diserap oleh bahan-bahan gelas, keramik, dan sebagian jenis plastik. Bahan logam bahkan memantulkan microwave karena kerapatan molekul logam lebih rapat dibanding panjang microwave, tetapi alumunium foil yang tipis masih dapat ditembus oleh gelombang mikro, hal ini dapat dimanfaatkan untuk memasak makanan yang banyak mengandung air atau lemak yang lebih mudah panas agar tidak cepat gosong. Iradiasi (pancaran gelombang) ini berinteraksi dengan molekul bahan yang di paparkan dengan microwave. Semua gelombang energi juga mempunyai perubahan polaritas (kutub) positif dan negatif
dalam setiap gelombangnya. Pada microwave, perubahan polaritas ini terjadi jutaan kali dalam setiap detiknya, dan microwave membutuhkan daya listrik kurang lebih 1000 watt, yang menyebabkan microwave keluar dari tabung magnetron, dan memanaskan bahan yang dipaparkan di microwave, sedangkan bahan itu sendiri juga memiliki unsur terkecil disebut molekul dengan polaritas positif dan negatif. Microwave menyebabkan polaritas molekul bahan untuk berotasi dengan hitungan jutaan per detik. Pemanasan alami yang tepat akan tergantung pada apakah bahan itu terdiri dari molekul yang berbeda, pasangan molekul polar atau perluasan pola molekul.
Energi microwave dikategorikan sebagai desinfeksi kimia. Hal tersebut karena adanya percepatan laju reaksi yang dihasilkan oleh microwave. Percepatan laju reaksi dipelajari pada cabang ilmu kimia fisik yaitu pada kinetika kimia. Microwave akan mentransfer energi dalam 10-9 detik pada setiap siklus gelombang elektromagnetik. Relaksasi kinetik molekul adalah 10-5 detik. Maknanya bahwa energi yang ditransfer lebih cepat daripada relaksasi kinetik molekul. Hal tersebut menyebabkan pemanasan yang dihasilkan dari tabrakan antarmolekul yang membuat energi rotasi dikonversi menjadi energi termal, menghasilkan sumber panas yang lebih efektif daripada pemanasan konvensional. Hanya bahan yang dapat mengabsorpsi iradiasi microwave yang sesuai dengan proses tersebut. Bahan tersebut dikategorikan berdasarkan tiga mekanisme pemanasan, yaitu (Chandra 2011; Taylor 2005):
a. Polarisasi dipolar
Polarisasi dipolar merupakan sebuah proses dimana panas dihasilkan dalam molekul polar. Pada paparan gerakan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi
yang sesuai, molekul polar akan mengikuti gelombang tersebut dan menyesuaikan diri pada gelombang tersebut, namun karena daya intermolekul, molekul polar akan mengalami kelemahan dan tidak dapat sepenuhnya mengikuti gelombang elektromagnetik. Hal tersebut akan mengakibatkan pergerakan molekul secara acak dan pergerakan acak ini yang akan menghasilkan panas. Polarisasi dipolar dapat menghasilkan panas melalui salah satu mekanisme di bawah ini:
- Interaksi antara pelarut molekul polar seperti air, metanol, dan etanol - Interaksi antara cairan molekul polar seperti ammonia dan asam formik Hal terpenting untuk polarisasi dipolar adalah batas frekuensi dari pergerakan gelombang elektromagnetik harus sesuai sehingga didapatkan interaksi yang adekuat antar partikel. Jika batas frekuensi sangat tinggi, daya antar molekul akan menghentikan pergerakan molekul polar, sebelum molekul polar mencoba mengikuti gelombang elektromagnetik, menyebabkan interaksi antara partikel molekul yang inadekuat. Selain itu, jika batas frekuensi rendah, molekul polar mendapatkan waktu yang cukup untuk menyesuaikan diri agar menyatu dengan gerakan gelombang elektromagnetik tersebut, sehingga tidak ada interaksi acak yang terjadi antar partikel molekul polar. Iradiasi microwave mempunyai frekuensi yang sesuai (0,3-30 GHz) untuk partikel polar bergerak dan memungkinkan interaksi antar partikel. Sebagai tambahan, energi dalam foton microwave (0,037 kcal/mol) sangat rendah dibandingkan energi yang biasa dibutuhkan untuk memutuskan ikatan molekul (80-120 kcal/mol), sehingga stimulasi iradiasi microwave pada molekul tidak mempengaruhi struktur pada molekul organik, dan interaksi kinetik (Gambar 2.8).
Mekanisme konduksi menghasilkan panas melalui resistensi arus listrik. Konduktor atau semikonduktor listrik mengalami metode pemanasan yang agak berbeda. Setiap pembawa muatan yang bergerak (misalnya elektron, ion) relatif mudah berpindah melewati bahan yang berada di bawah pengaruh medan listrik microwave tersebut. Arus induksi ini akan menyebabkan pemanasan bahan yang mengakibatkan hambatan listrik. Gerakan gelombang elektromagnetik menimbulkan gerakan elektron atau ion dalam konduktor, yang menyebabkan terjadinya arus listrik. Arus listrik bersama dengan resistensi internal, yang akan memanaskan konduktor. Batas utama dari mekanisme konduksi adalah tidak bisa digunakan pada bahan yang memiliki konduktivitas tinggi, karena bahan dengan konduktivitas tinggi akan memantulkan kebanyakan energi yang ada. Jika air murni dipanaskan dalam microwave, di mana mekanisme polarisasi mendominasi, tingkat panas secara signifikan lebih rendah daripada yang diamati ketika volume yang sama dari larutan garam encer dipanaskan.
c. Polarisasi Interfasial
Metode polarisasi interfasial merupakan kombinasi dari konduksi dan mekanisme polarisasi dipolar. Hal ini penting untuk sistem pemanasan yang terdiri dari penyebaran bahan konduksi pada bahan non konduksi. Sebagai contoh adalah penyebaran partikel logam yang terdapat dalam sulfur. Sulfur tidak memberikan reaksi pada microwave, dan logam akan memantulkan energi microwave yang terpapar pada bahan tersebut. Gabungan dari keduanya menjadikan bahan tersebut menjadi penyerap energi microwave yang baik, akan tetapi untuk proses itu diperlukan logam dalam bentuk bubuk. Hal ini terjadi karena, tidak seperti pada
permukaan logam, bubuk logam merupakan penyerap iradiasi microwave yang baik. Bubuk logam menyerap iradiasi dan dipanaskan oleh mekanisme yang hampir sama dengan polarisasi dipolar. Lingkungan bubuk logam merupakan pelarut untuk molekul polar dan membatasi gerakan ion oleh gaya yang sama dengan interaksi antar partikel dalam pelarut polar. Gaya pembatas, dibawah pengaruh gerakan gelombang elektromagnetik, yang menstimulasi fase lambat dalam pergerakan ion. Fase lambat tersebut yang menyebabkan gerakan acak dari ion dan menghasilkan sistem pemanasan.
Gambar 2.8. Metode Pemanasan Oleh Iradiasi Microwave Sumber : Taylor M. Development in Microwave
Chemistry. Evalueserve 2005
Baru-baru ini metode desinfektan dengan microwave diakui berguna sebagai alternatif daripada desinfektan kemis lainnya. Energi microwave dikategorikan sebagai metode desinfeksi gigitiruan secara kemis karena reaksi kimia yang terjadi pada molekul polar yang terdapat pada mikroorganisme yang berkolonisasi pada gigitiruan, akibat iradiasi microwave. Energi microwave digunakan sebagai alternatif lain untuk membersihkan gigitiruan selain direndam dalam bahan
pembersih gigitiruan dan disikat, karena energi microwave ini tidak mengubah bau dan warna gigitiruan, tidak menimbulkan reaksi alergi pada pemakai gigitiruan, tidak ada kadaluarsa. Selain itu, energi microwave juga dapat membunuh beberapa mikroorganisme, seperti Candida albicans sehingga dapat dijadikan salah satu perawatan denture stomatitis.7 Desinfeksi microwave efektif karena dapat mengurangi jumlah Candida albicans yang invasif dari permukaan gigitiruan dan mukosa palatum, dimana bentuk patogen C.albicans mati pada suhu diatas 60oC, sedangkan microwave dengan daya tinggi setiap menitnya memiliki suhu ± 30oC. Metode desinfeksi microwave lebih baik daripada perawatan antifungal yang lain karena dapat mengeliminasi mikroorganisme dan menyeleksi jamur yang resisten (Attwa 2012).
Banting dkk. (2001) menyatakan bahwa iradiasi microwave selama 1 menit pada 850 Watt dalam keadaan kering adalah metode yang efektif untuk desinfeksi gigitiruan penuh rahang atas sebagai pendukung medikasi antifungal dan perawatan denture stomatitis (Banting dkk. 2001).Kassab dkk. (2009) yang mengutip pendapat Drake dkk., sampel yang dikontaminasi dengan Candida albicans kemudian diinkubasi selama 1 hari menunjukkan bahwa Candida albicans resistan daripada mikroorganisme terhadap bahan pembersih, sehingga jika bahan pembersih tersebut dapat membunuh Candida albicans berarti dapat juga membunuh mikroorganisme lainnya (Kassab dkk. 2009). Neppelenbroek dkk. (2008) menyatakan bahwa desinfeksi gigitiruan dengan energi microwave akan lebih efektif jika direndam dalam air atau dibasahi selama pemaparan dengan energi microwave. Neppelenbroek dkk. (2008) menyatakan bahwa efek yang dapat membunuh mikroorganisme tersebut
merupakan efek termal yang dihasilkan oleh energi microwave. Di dalam microwave, energi microwave dihasilkan oleh satu tabung elektron, yang dinamakan magnetron. Energi microwave yang dihasilkan tersebut akan dipantulkan oleh lapisan logam dalam microwave dan diserap oleh bahan-bahan yang mengandung air dan lemak, sehingga molekul-molekul bahan tersebut bergetar dan menghasilkan gesekan yang menimbulkan panas. Sel-sel hidup mempunyai molekul air di dalamnya, maka dapat disimpulkan bahwa sel-sel hidup rentan terhadap energi microwave. Neppelenbroek dkk. (2008) yang mengutip pendapat Baena-Monroy dkk., mikroorganisme dapat dibunuh pada suhu termal yang lebih rendah, hal ini disebabkan oleh karena interaksi elektromagnetik dengan molekul sel dan menghasilkan efek yang tidak dipengaruhi oleh termal (non thermal effect). Selain itu, mikroorganisme juga mempunyai konsentrasi ion intraselular yang tinggi, sehingga dapat menyerap termal lebih banyak dari medium cairan disekitarnya. Pemanasan selektif oleh energi microwave terhadap sel tergantung pada komposisi kemis sel dan volume serta komposisi medium disekitarnya. Proses mechanical disruption terjadi saat gelombang elektromagnetik menggerakkan molekul sel dengan kecepatan yang tinggi sehingga dapat melampaui batas elastis dinding sel, akibatnya, sel menjadi pecah. Efek dari energi microwave yang dapat membunuh berbagai mikroorganisme telah lama diketahui dan dibuktikan, tetapi mekanisme energi microwave dalam membunuh mikroorganisme masih belum jelas dan memerlukan penelitian lebih lanjut (Neppelenbroek dkk. 2008).
Attwa dkk. (2012) menyatakan bahwa desinfeksi dengan energi microwave menggunakan daya 350 watt selama 5 menit, dan 500 watt selama 3 menit, adalah efektif dalam menurunkan jumlah koloni mikroorganisme pada gigitiruan penuh
dengan soft resilient liner, tetapi desinfeksi dengan daya 650 watt selama 2 menit adalah yang paling efektif. Attwa dkk. (2012) menyatakan bahwa daya microwave, waktu pemaparan, tipe mikroorganisme yang berkolonisasi pada gigitiruan, dan intensitas desinfeksi dengan energi microwave berhubungan dengan penurunan jumlah koloni mikroorganisme (Attwa dkk. 2012). Silva dkk. (2012) menyatakan bahwa desinfeksi dengan energi microwave menggunakan daya 650 watt selama 3 menit yang diulang sebanyak 3 kali seminggu selama jangka waktu 14 hari efektif menanggulangi denture stomatitis daripada topikal antifungal, karena energi microwave dapat mengurangi jumlah Candida albicans dalam bentuk yang invasif (pseduhyphae) dari permukaan gigitiruan dan mukosa palatum (Silva dkk. 2012). Ritonga (2013) menyatakan bahwa desinfeksi dengan energi microwave dengan daya 800 watt selama 3 menit adalah efektif membunuh Candida albicans dan perubahan dimensi yang terjadi pada basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas masih termasuk dalam batas toleransi (Ritonga 2013).