PE MB UAT AN SENSOR URE A DENGAN IMMOBILISASI ENZIM UREASE PADA MATRIKS PVA (POLYVINIL ALCOHOL)
Oleh:
Krystin Tarihoran NIM. 4122210007 Program Studi Kimia
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sain
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
iii
PEMBUATAN SENSOR UREA DENGAN IMOBILISASI UREASE PADA MATRIKS PVA (POLYVINIL ALCOHOL)
Krystin Tarihoran (4122210007)
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk membuat elektroda kerja urea sebagai biosensor dimana elektroda ini dibuat dengan mengimobilisasi enzim urease pada kawat wolfram sehingga dapat digunakan berulangkali untuk deteksi urea. Imobilisasi urease ini dibantu dengan matriks polyvinil alkohol (PVA) menjadi membran yang terlapis pada kawat wolfram yang digunakan untuk mendeteksi urea secara potensiometri dengan elektroda pembanding Ag/AgCl. Membran elektroda dibuat dari 0,0504 gram PVA dan 6 mg enzim urease dan dilekatkan pada kawat wolfram. Kemudian dicoating pada pada campuran 0,5044 gram PVC, 0,0120 gram KTpClPB dan 10 mL tetrahidrofuran (THF). Penelitian ini didahului dengan uji respon elektroda kerja yaitu pada 1x hingga 5x pencelupan. Hasil pengukuran menunjukkan, elektroda dengan variasi 1x pencelupaan. Kemudian melakukan optimasi terhadap larutan buffer yaitu pada Trisma HCl dan Posfat meliputi pH dan konsentrasi larutan buffer. Optimasi pada larutan elktrolit juga dilakukan pada KCl dimana KCl berfungsi sebagai elektrolit pendukung. Buffer yang memberikan respon terbaik dalam analisis urea yaitu buffer Posfat pada pH 7,5 dan konsentrasi 0,001 M. Pada pembuatan biosensor urea ini diperoleh sensitivitas biosensor 22,34 mV/dekade, jangkauan pengukuran 10-5 hingga 10-3 M, dan rata-rata waktu respon biosensor selama 380 sekon.
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas
berkat dan penyertaan-Nya penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini
dengan baik dan tepat waktu. Penyelesaian skripsi dengan judul “Pembuatan Sensor Urea dengan Immobilisasi Enzim Urease pada Matriks PVA (Polyvinil Alcohol)” ini dipertahankan penulis dihadapan penguji dalam sidang meja hijau dan mengantarkan penulis memperoleh gelar Sarjana Sain Kimia.
Banyak pihak yang membantu penulis dalam penyelesaian skripsi ini, dari
awal pembuatan proposal penelitian, melaksanakan penelitian dan penyususan
laporan dalam bentuk skripsi. oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin
mengucapkan banyak terimakasih kepada Bapak Drs. Marudut Sinaga, M.Si
selaku dosen pembimbing skripsi, Bapak Prof. Drs. Manihar Situmorang, M.Sc,
Ph.D , Bapak Drs. Kawan Sihombing, M.Si , dan Ibu Dr. Ida Duma Riris, M,Si,
selaku dosen penguji skripsi, yang telah mereview, memberikan arahan dan
saran-saran kepada penulis sehingga penulis lebih terarah dalam pembuatan proposal
penelitian, melaksanakan penelitian hingga penyelesaian laporan dalam bentuk
skripsi ini. Penulis juga berterimakasih kepada Bapak Drs. Bajoka Nainggolan,
M.S selaku dosen pembimbing akademik penulis, Bapak Agus Kembaren selaku
Ketua Jurusan Kimia dan seluruh Dosen Jurusan Kimia yang telah mendidik
penulis, dan seluruh staf/laboran Jurusan Kimia terkhusus Bang Nizam dan Bang
Eriadi yang sudah membantu selama penelitian.
Terimakasih yang sangat istimewa penulis sampaikan kepada orang tua
yang luar biasa, bapak Jamudin Tarihoran, S.Pd dan Ibu Dameria Simatupang atas
segala cinta kasih, doa, dan dukungan baik moral maupun material sehingga studi
dan skripsi ini dapat selesai. Terimakasih juga buat abangku Erin Tarihoran, Eda
Yanti Simatupang, Am.Kep ,Kedua adik tercinta Ranita Febriyanti Tarihoran dan
Dewi Chrystiani Tarihoran serta sahabat terkasih penulis Karto Yudhi Nadeak
v
Terimakasi kepada Debby tamba, Beril Sardina Ginting dan Ira Dwi Yana
rekan sepenelitian teman bertukar pikiran dan berdiskusi. Ucapan terimakasih
juga kepada rekan-rekan seperjuangan Kimia Nondik 2012 yang menjadi teman
baik dan seperjuangan penulis selama kuliah hingga lulus. Terimakasih sudah
menjadi teman suka duka selam kurang lebih empat tahun kuliah di Kimia
Unimed. Terimakasih juga buat sahabat penulis selama kuliah Lia Febrina yang
selalu setia mendengar cerita penulis. Terima kasih juga kepada teman satu kost
penulis selama 3 tahun Desi Sagala, Noci Randa Sembiring dan Nia
Perangin-angin terimakasih sudah mejadi saudara bagi penulis selama ini yang selalu
memberi semangat. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Umilia
Sitompul dan Helfrita Simamora atas doa dan dukungan, mereka sahabat penulis
sejak SMA yang sama-sama berjuang menyelesaikan skripsinya. Terimakasih
juga buat Krisno Nadeak, Erta Primadoli Tarihoran dan Penro Tambunan yang
selalu memberi hiburan, doa serta dukungan kepada penulis.
Penulis telah berupaya dengan maksimal untuk menyelesaikan penelitian
hingga skripsi ini, dan menyadari masih banyak kekurangan penulis
mengharapkan masukan untuk menyempurnakan skripsi ini, semoga penelitian ini
bermanfaat dalam pengembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi dan
menambah wawasan bagi pembaca.
Medan, Agustus 2016
Penulis,
Krystin Tarihoran
vi
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar Pengesahan i
Riwayat Hidup ii
Abstrak iii
Kata Pengantar iv
Daftar Isi vi
Daftar Gambar ix
Daftar Tabel xi
Daftar Lampiran xii
BAB I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah 1
1.2. Batasan Masalah 6
1.3. Rumusan Masalah 6
1.4. Tujuan Penelitian 6
1.5. Manfaat Penelitian 7
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Urea 8
2.2. Enzim 10
2.2.1. Enzim Urease 12
2.3. Biosensor 13
2.4. Metode Potensiometri 14
2.4.1. Elektroda Pembanding 16
2.4.2. Elektroda Indikator 18
2.5. PVA (Polyvinil Alcohol) 21
2.6. Metode Immobilisasi Enzim 22
vii
BAB III. METODE PENELITIAN
3.1. Lokasi dan Waktu Penelitian 27
3.2. Alat dan Bahan 27
3.3. Prosedur Penelitian 27
3.3.1. Pembuatan Larutan 28
3.3.2. Pembuatan Elektroda Urea dengan Immobilisasi Urease
pada Kawat Wolfram 29
3.3.3. Uji Respon Elektroda Kerja Terhadap Urea 29
3.3.4. Optimasi Elektroda Kerja Urea 30
3.3.4.1. Optimasi Larutan Buffer untuk Analisis Urea 30
3.3.4.2. Optimasi Larutan Elektrolit 31
3.3.4.3. Penentuan Jenis Larutan Buffer 31
3.3.4.4. Pengaruh Senyawa Penganggu (Interferen) 32
3.3.4.5. Penentuan Sensitivitas, Jangkauan Pengukuran dan Waktu
Respon Biosensor 32
3.4. Diagram Alir Penelitian 33
3.4.1. Diagram Alir Pembuatan Elektroda dengan Imobilisasi Enzim
Urease pada Kawat Wolfram 33
3.4.2. Diagram Alir Uji Respon Elektroda Kerja
Terhadap Urea 34
3.4.3. Diagram Alir Optimasi Elektroda Kerja 34
3.4.3.1. Pengaruh Larutan Buffer (Buffer Posfat 0,001 M dan Buffer
Trisma HCl 0,001 M) 34
3.4.3.2. Pengaruh Elektrolit (Larutan KCl) 35
3.4.3.3. Penentuan Jenis Larutan Buffer 36
3.4.3.4. Pengaruh Senyawa Penganggu 36
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pembuatan Elektroda Urea dengan Immobilisasi Urease pada Kawat
Wolfram 37
viii
4.3. Optimasi Elektroda Kerja Urea 40
4.3.1. Optimasi Larutan Buffer untuk Penentuan Urea 40
4.3.1.1 Penentuan pH Optimum Larutan Buffer 40
4.3.1.2. Penentuan Konsentrasi Optimum Larutan Buffer 42
4.3.2. Optimasi Larutan Elektrolit 44
4.3.3. Penentuan Jenis Larutan Buffer 45
4.4. Respon Biosensor Urea Terhadap Senyawa Pengganggu 46
4.5. Uji Kinerja Elektroda 47
4.5.1. Sensitivitas Biosensor 47
4.5.2. Jangkauan Pengukuran 48
4.5.3. Waktu Respon 48
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan 50
5.2. Saran 50
DAFTAR PUSATAKA 51
LAMPIRAN 54
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Struktur Urea 8
Gambar 2.2. Siklus Urea 9
Gambar 2.3. Elektroda Kalomel 17
Gambar 2.4. Elektroda Perak/Perak Klorida 17
Gambar 2.5. Alur E sebagai fungsi –log a padametode potensiometri 20
Gambar 2.6. Penentuan limit deteksi berdasarkan ekstrapolasi titik temu 20
Gambar 2.7. Struktur Monomer PVA 22
Gambar 2.8. Immobilisasi Enzim dengan Tehnik carrier-binding 23
Gambar 2.9. Immobilisasi Enzim secara cross-linking 25
Gambar 2.10. Immobilisasi enzim dengan tehnik penjebakan 26
Gambar 3.1. Desain Elektroda Urea 29
Gambar 3.2. Desain Pengukuran Potensial 30
Gambar 3.3. Diagram Alir Pembuatan Elektroda dengan Imobilisasi
Enzim Urease pada Kawat Wolfram 33
Gambar 3.4. Diagram Alir Uji Respon Elektroda Kerja Terhadap Urea 34
Gambar 3.5. Diagram Alir Penentuan pH Optimum Larutan Buffer 34
Gambar 3.6. Diagram Alir Penentuan Konsentrasi Optimum Larutan
Buffer 35
Gambar 3.7. Diagram Alir Pengaruh Elektrolit 35
Gambar 3.8. Diagram Alir Penentuan Jenis Larutan Buffer 36
Gambar 3.9. Diagram Alir Pengaruh Senyawa Penganggu 36
Gambar 4.1. Kurva Standar Hubungan Log Konsentrasi Urea dengan
Potensial Pada Lima Elektroda Kerja Urea 39
Gambar 4.2. Kurva Hubungan Variasi pH Trisma HCl dengan Nilai
Potensial 41
x
Gambar 4.4. Kurva Hubungan Log Konsentrasi Trisma HCl Terhadap Nilai
Potensial 43
Gambar 4.5. Kurva Hubungan Log Konsentrasi Posfat Terhadap
Nilai Potensial 43
Gambar 4.6. Kurva Hubungan Log Konsentrasi Elektrolit Terhadap Nilai
Potensial 44
Gambar 4.7. Kurva Standar Hubungan Log Konsentrasi Urea dengan
Trisma HCl Terhadap Nilai Potensial 45
Gambar 4.8. Kurva Standar Hubungan Log Konsentrasi Urea dengan
xi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1. Data Hasil Pengukuran Pengaruh Senyawa Penganggu 47
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Data Hasil Uji Respon pada Elektroda Kerja Urea 1x
Pencelupan Hingga 5x Pencelupan 54
Lampiran 2. Perhitungan Persamaan Regresi Linier dan Koefisien Korelasi
pada Kurva Uji Respon 1x Pencelupan (Elektroda Kerja
dengan Respon Terbaik) 57
Lampiran 3. Data Hasil Pengukuran Potensial Larutan Buffer Trisma
HCl dan Buffer Posfat pada pH yang Berbeda 59
Lampiran 4. Data Hasil Pengukuran Potensial Larutan Buffer Trisma
HCl dan Buffer Posfat pada Konsentrasi yang Berbeda 60
Lampiran 5. Data Hasil Pengukuran Potensial Optimasi Larutan
Elektrolit KCl 61
Lampiran 6. Data Hasil Pengukuran Standar Urea dengan Buffer Trisma
HCl dan Perhitungan Persamaan Regresi Linier, Koefisien
Korelasi pada Kurva Hubungan Log Konsentrasi Urea dengan
Trisma HCl 62
Lampiran 7.Data Hasil Pengukuran Standar Urea dengan Buffer Posfat dan
Perhitungan Persamaan Regresi Linier, Koefisien Korelasi pada
Kurva Hubungan Log Konsentrasi Urea dengan Posfat 65
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Urea merupakan molekul dari amonia yang dibentuk pada proses deaminasi
asam amino dalam hati (Khairi, 2005). Urea juga dikenal dalam istilah carbamide.
Pada dasarnya urea merupakan limbah yang dihasilkan oleh metabolisme didalam
tubuh manusia (metabolisme protein). Dari uraian metabolisme asam amino
diketahui bahwa NH3 dapat dilepaskan dari asam amino melalui reaksi
transaminasi, deaminasi, dan dekarboksilasi. Pada reaksi transaminasi gugus NH₂
yang dilepaskan diterima oleh asam keto, sehingga terbentuk asam amino baru
dan asam keto lain. Sedangkan pada reaksi deaminasi, gugus NH₂ dilepaskan
dalam bentuk ammonia yang kemudian dikeluarkan dari dalam tubuh dalam
bentuk urea dalam urine. Hans Krebs dan Kurt Henseleit pada tahun 1932
mengemukakan serangkaian reaksi kimia tentang pembentukan urea, yang mereka
namakan siklus urea. Urea ditemukan pertama kali oleh Rooelle pada tahun 1773
dalam urin. Menurut Dahliani (1995), kadar urea dalam darah orang dewasa
adalah 1,8 – 4,0 mg/L. Selain dalam darah urea dapat ditentukan dalam serum dan
urin (Cik, dkk. 2007). Kadar urea yang berlebihan dapat mengganggu proses kerja
ginjal, atau dalam istilah kedokteran dikenal dengan “gagal ginjal”. Oleh karena
itu analisis kandungan urea dalam tubuh sangat diperlukan (Khairi, 2003).
Dahliani (1995), mengemukakan bahwa penentuan urea dapat dilakukan
dengan menggunakan metode spektrofotometri dan potensiometri. Hasil hidrolisis
urea dengan urease menghasilkan amonia dan karbondioksida. Ion amonium yang
terbentuk bereaksi dengan hipoklorit dan salisilat membentuk larutan kuning
kehijau-hijauan yang dapat diukur secara spektrofotometri. Menurut Situmorang,
dkk (2010) dalam penelitiannya analisis secara spektrofotometri kurang sensitif
karena sulit memilih senyawa kimia pengabsorbsi yang tepat. Zat atau senyawa
kimia pengabsorbsi kebanyakan bersifat karsinogenik sehingga tidak aman bagi
2
selektif karena pengukuran spektrofotometri akan memberikan respon terhadap
senyawa berwarna dan senyawa organik yang mengakibatkan hasil analisis
cenderung kurang akurat. Tehnik analisis secara spektrofotometri pada umumnya
sangat lambat dan proses pelaksanaannya juga sangat kompleks. Cara lain untuk
mengetahui kadar urea adalah dengan metode potensiometri secara elektroda
selektif ion (ESI). Metoda ESI yang dikembangkan untuk penentuan kadar urea
adalah dengan menggunakan biosensor urea dan polimer konduktif, yang biasa
digunakan pada metode ini adalah polipirol dan polianilin karena mudah disintesis
dan kestabilan sifat-sifatnya (Colin dan Petit, 2002). Potensiometri merupakan
salah satu cara pemeriksaan fisikokimia yang menggunakan peralatan listrik untuk
mengukur potensial elektroda indikator. Besarnya potensial elektroda indikator ini
bergantung pada kepekatan ion-ion tertentu dalam larutan (Day dan Underwood,
2002). Menurut penelitian Khairi (2005) mengenai perbandingan metode
potensiometri menggunakan biosensor urea dengan metode spektrofotometri
untuk penentuan urea diperoleh bahwa kadar urea yang terukur dengan metode
potensiometri adalah 4,28 ppm, lebih tinggi dibandingkan metode
spektrofotometri. Namun metode ini memiliki kelemahan yaitu enzim urease
hanya dapat digunakan sekali dan selanjutnya akan dibuang bersama sampel
setelah selesai proses analisis (Eggins, 1999). Untuk mengatasi permasalahan di
atas, maka dilakukan rekayasa enzim melalui teknik imobilisasi.
Enzim adalah suatu senyawa protein yang dapat mempercepat atau
mengkatalisis reaksi kimia. Enzim dapat mengubah laju reaksi, sehingga
kecepatan reaksi yang dihasilkan dapat dijadikan ukuran keaktifan enzim. Enzim
yang terimobilisasi adalah enzim yang secara fisik dan kimia tidak bebas bergerak
sehingga dapat dikendalikan kapan enzim tersebut kontak dengan substrat. Enzim
dilekatkan pada permukaan suatu bahan yang tidak larut dengan menggunakan
suatu matriks atau membran. Enzim yang terimobilisasi dapat dipakai berulang
karena stabilitasnya lebih terjaga. Selain itu enzim menjadi lebih mudah
dipisahkan dari larutan pereaksi karena enzim tidak larut (Eggins, 1999). Enzim
3
dilekatkan, sistem imobilisasi ini akan membuat enzim tetap berada pada tempat
tertentu.
Urease merupakan enzim yang spesifik mengkatalisis reaksi hidrolisis urea
yang menghasilkan ammonia dan karbon dioksida. Karena itu enzim urease sering
dimanfaatkan sebagai pembuatan biosensor. Dalam pengembangan biosensor
urea, enzim urease dapat diimobilisasi dalam suatu matriks dengan berbagai
teknik seperti adsorrpsi fisik, entrapment, ikatan kovalen, cross linking, dan
enkapsulasi (Fauziyah, 2012). Metode-metode tersebut adalah metode terbaik
yang sudah digunakan dalam pengembangan biosensor saat ini (Koyun, dkk.
2012). Teknik imobilisasi yang paling baik untuk dipilih adalah yang memenuhi
kriteria utama yakni tidak terjadi perubahan konformasi enzim dan tidak
mengganggu gugus fungsi di pusat aktif enzim sehingga enzim tetap dapat
berfungsi. Metode penjebakan enzim lebih banyak digunakan karena enzim ada
dalam keadaan bebas dan tidak terikat pada bahan pendukung sehinga secara
relatif fungsi katalitik dan struktur alami molekul enzim tidak mengalami
gangguan goncangan. Imobilisasi enzim urease yang relevan pada suatu
permukaan elektroda merupakan salah satu langkah penting. Kualitas ataupun
kemampuan biosensor yang dibuat dengan imobilisasi enzim ini sangat
dipengaruhi oleh teknik imobilisasi dan pemilihan matriks yang digunakan
(Fauziyah, 2012).
Penentuan urea melalui immobilisasi enzim urease dengan metode
potensiometri sering dikenal dengan nama biosensor urea. Biosensor didefinisikan
sebagai suatu perangkat sensor yang menggabungkan senyawa biologi dengan
transduser. Elektroda adalah komponen potensiometri sebagai detektor analit yang
menghasilkan beda potensial. Sensitivitas dan selektivitas metode ini ditentukan
oleh jenis elektroda kerja yang digunakan. Elektroda kerja berfungsi untuk
merespon analit sehingga sinyal yang terukur akan dipengaruhi oleh aktivitas atau
konsentrasi analit. Dalam peralatan biosensor kawat logam berfungsi sebagai
transduser (konduktor). Ditinjau dari pemakaian elektrodanya penentuan urea
secara potensiometri adalah penentuan potensial elektroda kerja relatif, terhadap
4
dengan konsentrasi urea. Dengan demikian di dalam sistem pengukuran tersebut
diperlukan suatu sel volta atau sel galvanik dengan elektroda kerja yang mampu
merespon spesi hasil penguraian urea, yaitu ammonium dan karbondioksida (Cik,
dkk. 2007).
Penentuan urea secara potensiometri menggunakan prinsip kerja biosensor
telah banyak dilakukan oleh peneliti terdahulu. Khairi pada tahun 2003, telah
berhasil mengembangkan Pembuatan Biosensor Urea dengan Transduser
Tembaga menggunakan matriks PVC dengan 5 kali pencelupan, sensitivitasnya
47,8 mV/decade, waktu respon terbaik 135 detik, dan stabil selama 14 hari. Pada
penelitian Cik pada tahun 2007, mengenai Pengaruh Komposisi Membran
Elektroda dalam Penentuan Urea, hasil penelitiannya menunjukkan bahwa
elektroda kerja dengan komposisi kawat platina, selulosa asetat, glutaraldehid dan
urease dengan kinerja elektroda sensitivitas 46,4 mV/dekade, batas deteksi 10-6 M,
waktu tanggap < 2 menit, dan usia elektroda 45 hari. Mulyasuryani, A dkk (2010)
menggunakan membran kitosan sebagai matriks untuk mengimobilisasi urease
dan dengan menggunakan H3O+ sebagai elektroda tranduser. Dalam penelitian itu
diperoleh faktor nernst pada uji respon biosensor secara potensiometri 28,47
mV/dekade, waktu respon 280 sekon (4 menit 40 sekon) dan range konsentrasi
sekitar 0,1 hingga 6,0 ppm. Urease tersebut diimobilisasi pada membran kitosan
yang telah dilarutkan dengan asam asetat dengan pH 4. Pengembangan biosensor
urea saat ini sedang intens dengan tipe kawat terlapis disebabkan bentuknya
kokoh, simpel pembuatannya, waktu respons cepat, ekonomis, sampel tanpa
pemisahan dan miniatur tetapi waktu hidupnya (stabilitasnya) terbatas (Alexander,
1981). Jha, dkk (2007) telah menggunakan PVA dan polyacrylamide (PAA)
sebagai matriks untuk imobilisasi urease untuk menentukan kadar urea darah
blood urea nitogen (BUN). Sensor tersebut bekerja pada 1-1000 mM urea dan
waktu respon 120 sekon. Biosensor tersebut menunjukkan korelasi yang baik
dengan reagen metode BUN komersial yang menggunakan analiser kimiawi
klinis. Begun Fauziyah (2012) dalam penelitiannya Optimasi Biosensor Urea
dengan mengimobilisasi urease menggunakan membran Polianilin (PAn).
5
menit dengan stabilitasnya sampai 7 hari. Sensitivitas yang dihasilkan yaitu
0,0445. Jha, dkk (2007) melakukan iradiasi dengan ᵧ-rays (sinar gamma). Iradiasi
PVA ini juga dapat dilakukan dengan microwave dengan daya 8-15 W.
Dalam pembuatan sensor urea, polimer atau membran yang digunakan sangat
berpengaruh terhadap kinerja elektroda. Keunggulan dari polimer adalah tidak
memerlukan pemeliharaan pada suhu tinggi secara periodik, sedikit ketergantugan
terhadap suhu, proses pembuatannya sederhana sehingga biaya produktif lebih
murah (Simanjuntak, 2008). PVA adalah salah satu polimer yang berfungsi
sebagai perekat yang baik tetapi masih jarang digunakan/diteliti sebagai matriks
untuk imobilisasi urease pada pengembangan biosensor urea. PVA larut dalam air
(hidrofilik), sehingga harus dilakukan iradiasi pada proses imobilisasi. Polimer ini
tidak berwarna, tidak toksik, non karsinogenik, mempunyai ketercampuran hayati
yang baik dan memiliki sifat fisik yang elastis. Adapun kelemahan dari polimer
PVA adalah impedansinya terlalu tinggi, namun hal ini dapat diatasi dengan
melakukan penambahan elektrolit sehingga dapat menurunkan impedansi dan
menambah sensitivitas (Simanjuntak, 2008). PVA dapat digunakan sebagai
lapisan tipis yang sensitif khususnya dalam matrik immobilisasi untuk berbagai
aplikasi seperti biosensor (Pourciel, dkk. 2003). Selain hal diatas, PVA
mempunyai beberapa kelebihan jika dibandingkan dengan bahan lain yang dapat
digunakan sebagai membran penumbuhan enzim.
Sensitivitas biosensor ditentukan berdasarkan faktor nerst. Persamaan Nerst
adalah persamaan yang menghubungkan antara nilai potensial dari suatu elektroda
tunggal atau sebuah sel dan aktivitas reaktan-reaktannya. Harga faktor Nerst
diperoleh dari kemiringan (slope) grafik potensial (E) terhadap log konsentrasi
analit. Analisis regresi ini merupakan hubungan kausal (sebab akibat) antara dua
variabel sedangkan untuk mengukur hubungan antara dua variabel disebut analisis
korelasi ( r ).
Berdasarkan uraian tersebut diatas peneliti tertarik untuk meneliti lebih lanjut
biosensor urea melalui imobilisasi urease dengan matriks polimer PVA (polyvinil
alcohol), dan elektroda Wolfram dipilih sebagai transduser. Imobilisasi urease
6
buffer. Dengan penggunaan matriks dan elektroda tersebut diharapkan dapat
mengembangkan biosensor urea yang lebih baik untuk penentuan urea. Oleh
karena itu peneliti mengangkat judul “Pembuatan S ensor Urea Dengan I mmobilis asi Ureas e Pada Matriks PVA ( Pol yvinil Alcohol )”.
1.2. Batasan Masalah
Penelitian ini dibatasi pada:
1. Pengembangan biosensor urea dalam deteksi potensiometri dengan
mengimobilisasi urease pada elektroda wolfram menggunakan matriks
polimer Polyvinil Alkohol (PVA) dengan menggunakan buffer Trisma
HCl dan buffer Posfat.
2. Kondisi optimum biosensor urea untuk penentuan urea standar.
3. Penentuan kinerja biosensor meliputi sensitivitas biosensor, jangkauan
pengukuran dan waktu respon.
1.3. Rumusan Masalah
Rumusan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana strategi yang baik untuk membuat biosensor urea dalam
deteksi potensiometri dan bagaimana teknik untuk mengimobilisasi enzim
di dalam matriks polimer polyvinil alcohol (PVA) pada kawat wolfram
agar kompatibel sebagai biosensor?
2. Bagaimana kondisi optimum biosensor urea untuk penentuan urea standar?
3. Bagaimana menentukan kinerja biosensor urea meliputi sensitivitas
biosensor, jangkauan pengukuran dan waktu respon?
1.4. Tujuan Penelitian
Tujuan Penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Membuat biosensor urea dengan deteksi potensiometri menggunakan
tehnik imobilisasi enzim urease pada matriks polimer PVA agar
7
2. Menentukan kondisi optimum biosensor urea untuk penentuan urea
standar.
3. Menentukan jangkauan pengukuran dan waktu respon biosensor urea.
4. Menghasilkan elektroda kerja dengan matriks PVA yang memiliki
sensitivitas yang tinggi pada metode potensiometri.
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui strategi yang baik dalam pembuatan biosensor urea dengan
deteksi potensiometri dan mengetahui kondisi optimum biosensor urea
untuk penentuan urea standar.
2. Menghasilkan penelitian dibidang sensor kimia berupa publikasi ilmiah
50 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dan pembahasan yang
telah diuraikan maka dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Immobilisasi urease dalam penelitian ini menggunakan matriks Polyvinil
Alcohol (PVA) yang dilekatkan kembali dengan larutan Polyvinil Clorida
(PVC), plastisiser KTPCLPB dan Tetrahidrofuran agar enzim tidak larut
sewaktu pengukuran dan dapat digunakan berulang kali. Tehnik ini
termasuk tehnik terbaik dalam mengimmobilisasi enzim yaitu teknik
entrapment.
2. Kondisi optimum biosensor urea pada pengukuran urea standar yaitu pada
kondisi larutan Buffer Posfat pH 7,5 dengan konsentrasi 0,001 M.
3. Jangkauan pengukuran pada biosensor urea ini yaitu pada 10-5 M hingga
10-3 M dan waktu respon 380 sekon.
4. Biosensor urea terbaik yang diperoleh memiliki sensitivitas 22,34
mV/dekade .
5.2. Saran
Dari hasil penelitian, peneliti menyarankan:
1. Pada pengukuran urea standar secara potensiometri, sebaiknya konsentrasi
urea yang diukur memiliki rentang yang luas agar dapat diperoleh batas
deteksi elektroda urea yang diperoleh.
2. Perlu dilakukan penentuan stabilitas biosensor dan aplikasi biosensor urea
pada sampel klinis terkontrol, agar diketahui kualitas biosensor urea
3. Sebaiknya dapat diteliti lagi tentang pembuatan elektroda enzim
menggunakan membrane PVA untuk dapat mencapai nilai Nerst yang
51
DAFTAR PUSTAKA
Alexander, M., (1977), Introduction of Soil Microbiology, John Wiley and Sons, Inc. New York and London
Alexander, P.W. dan Joseph, J.P., (1981), A coated Metal Enzyme Electrode for Urea Determinnation Analytica, Chimica Acta 131: 103-109
Beebe, K., Uerz, D., James Sandifer, J., dan Kowalski, B., (1988), Sparingly Selective Ion-Selective Electrode Arrays for Multicomponent Analysis, J. Anal. Che 60: 66-71
Biochrom, (2004), Determination of urea in clinical samples, Biochrom ltd. Melalui <www.biochrom.co.uk>[2/1/05]
Cik, M., A, H,. R., Hadiman., S., P, dan W., S, (2007), Pengaruh Komposisi Membran Elektroda Terhadap Kinerja Elektroda Penentu Urea, J. Sains., 13: 114-118
Colin, C., M. A. Petit, (2002), J. Electrochemical Society 149: 394-401
Dahliani, R.A., (1995), Pengaruh Hemodialisis terhadap Kadar Ureum Pada Penderita Gagal Ginjal di Bagian Instalasi Patologi Klinik Rumah Sakit Hasan Sadikin, Bandung
Eggins, B.R, (1999), Biosensor: an Introduction, Jhon Wiley and Sons, New York.
Fauziyah,B., (2012), Optimasi Parameter Analitik Biosensor Urea Berbasis Immobilisasi Urease Dalam Membran Polianalin, 1(1) :65-75
Huang, C. P, Li, Y. K., Chen, T. M., (2007), A highly sensitive system for urea detection by using CdSe/ZnS core-shell quantum dots, Biosensors and Bioelectronics 22: 1835-1838
Jha, K., Topkar, A., dan D’Souza, S F., (2007), Dvelopment of Potentiometric Urea Biosensor based on Urease Ommobilized in PVA-PAA Composite Matrix for Estimation of Blood Urea Nitrogen (BUN), Journal of Biochem and Biophys Methods, 70: 1145-1150
52
Khairi., (2005), Perbandingan Metode Potensiometri Menggunakan Biosensor Urea Dengan Metode Spektrofotometri Untuk Penentuan Urea, Jurnal Sains Kimia 9(2): 68-72
Koyun, A., Esma, A., Yeliz, K.I., (2012), Biosensors and Their Principles,A Roadmap of Biomedical Engineers and Milistone, in Tech,Turkey
Manurung, R.V., (2012), Desain dan Fabrikasi Elektroda Biosensor : Metode Teknologi Film Tebal, Jurnal Ilmiah Elite Elektro 3(1): 65-70
Mikkelsen, D.S.G. R.J and D.E.Rolston., (1995), Nitrogen Fertilization Practices of Lowland Rice Culture. In P. E. Bacon (ed). Nitrogen Fertilization in the Environment, Marcel Dekker, Inc. New York
Mulyasuryani, A., Anna, R., Arie, S., (2010), The Potentiometric Urea Biosensor Using Chitosan Membrane, Indo. J. Che, 10(2): 162-166
Murray R, K., Granner D, K., Mayes P,A., Rodwel V,W., (1999), Biokimia Harper, 24th edition, EGC, Jakarta
Nazaruddin, (2007), Biosensor Urea Berbasis Biopolimer Khitin Sebagai Matriks Immobilisasi, Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan 6(1): 41-44
Pourciel, M. L., Launay J., Sant W., conedera V., Martinez. A., temple_Boyer P., (2003), Development of photo-polymerisable polyvinyl alcohol for Botechnological applications, J. Sensors and Actuators B94: 330-336
Rahim, A F., (2013), Modifikasi Elektroda Amonia dengan Ekstrak Enzim Urease dari Kedelai Hitam sebagai Biosensor Urea secara Potensiometri., Skripsi, FST, Unair, Surabaya
Rivai, H., (1995), Asas Pemeriksaan Kimia, Universitas Indonesia, Jakarta
Ryan deMares, (1997), Departement of Chemistry – UWEC, www.chem.uwec.edu/chem406/webpages97/ryandemares (diakses: 18 Februari 2016)
Silitonga, P., M., (2013), Biokimia, FMIPA UNIMED, Medan
Simanjuntak, M.J., (2008), Studi Film Polivinyl Alcohol (PVA) Dimodifikasi dengan Acrylamide (AAm) sebagai Material Sensitif Terhadap Kelembaban, Skripsi, FMIPA UI, Depok
53
Kualitas Makanan dan Minuman, Laporan Penelitian Hibah Bersaing Perguruan Tinggi, Universitas Negeri Medan.
Situmorang, M., (2010), Kimia Analitik Lanjut dan Instrumentasi, FMIPA UNIMED, Medan
Situmorang, M., (2010), Pengembangan Biosensor untuk Menguji Kualitas Makanan dan Minuman, FMIPA UNIMED, Medan
Tsao-Jen Lin et al., (2006), Determination of organophosphorous pesticides by a novel biosensor based on localized surface plasmon resonance, Biosensors and Bioelectronics 22 : 513-518
Tisdale, S.L, W.R.N and J. D. Beaton., (1985), Soil Fertility and Fertilizer. Fourth Edition, Macmillan, Inc. New York
Wahab, W A, dan Nafie, L N., (2014), Metode Pemisahan dan Pengukuran 2 (Elektrometri dan Spektrofotometri), FMIPA UNHAS, Makasar
