Jurnal Sains Kimia Vol 7, No.2, 2003: 40-43
40
PEMBUATAN BIOSENSOR UREA DENGAN
TRANSDUSER TEMBAGA
Khairi
Jurusan Kimia FMIPA Universitas Syiah Kuala Jl. Darussalam Banda Aceh
Abstrak
Pada penelitian ini dilaporkan pembuatan biosensor urea dengan metode potensiometri secara elektroda selektif ion (ESI). Elektroda ini disebut elektroda urea tipe kawat terlapis. Elektroda urea diimobilisasi oleh enzim urease secara entrapmen pada kawat tembaga berdiameter 0,2 mm dengan komposisi membran PVC (polivinilklorida) : THF (tetrahidrofuran) : urease = 10 mg : 1,5 mL : 200 mg. Konsentrasi urea dalam sampel ditentukan berdasarkan perubahan pH yang dihasilkan dari reaksi hidrolisis katalitik urea oleh urease. Biosensor urea dengan transduser tembaga memiliki sensitivitas 47,8 mV/dekade, waktu respon 135 detik dan stabilitasnya adalah 14 hari.
Kata Kunci: Biosensor, urease, Elektoda selektif ion (ESI).
PENDAHULUAN
Urea adalah senyawa kimia yang dapat terbentuk secara biologis dalam tubuh mahluk hidup, baik manusia, hewan maupun tumbuhan. Dalam tubuh manusia, pembentukan urea terjadi sebagai produk akhir dari siklus nitrogen dalam hati. Senyawa ini digunakan dalam pembentukan asam-asam amino sebagai unsur-unsur protein yang sangat berguna bagi tubuh (Mayes, 1985). Kadar urea yang berlebihan dapat mengganggu proses kerja ginjal, atau dalam istilah kedokteran dikenal dengan istilah “gagal ginjal”.
Metode penentuan urea biasanya menggunakan metode spektrofotometri, yaitu metode yang menggunakan reaksi antara urea dengan diasetilmonoksim menghasilkan warna kuning dan diukur nilai absorbansinya Cara lain untuk mrengetahui kadar urea adalah dengan metode potensiometri secara elektroda selektif ion (ESI). Metoda ESI yang dikembangkan untuk penentuan kadar urea adalah dengan menggunakan biosensor urea.
Dalam peralatan biosensor urea, enzim urease berfungsi sebagai substrat dengan cara diimobilisasi, dan sejumlah senyawa kimia sebagai matriks untuk mengikat enzim seperti, PVC, glutaraldehid dan sejumlah zat kimia lain sebagai komponennya, serta kawat logam sebagai transdusernya (konduktor).
Pembuatan biosensor urea
(Khairi)
41
stabil selama 29 hari (Przybyt, 1990). Selanjutnya Widihastono (1992) menggunakan wolfram dalam matriks PVC diperoleh sensitivitas 52 mV/dekade dan stabil selama 35 hari.
Lee (1986) melaporkan, elektroda tembaga dapat digunakan untuk penentuan ion nitrat, dan sensitivitasnya 59,4 ± 0,5 mV/dekade. Data tersebut menunjukkan, bahwa logam Cu responsif terhadap pH, dan dapat dijadikan sebagai elektroda. Dari hasil penelitian Lee di atas, logam tembaga sangat cocok untuk dijadikan konduktor dalam pembuatan biosensor urea.
BAHAN DAN METODA
Pembuatan Elektroda Urea
Kawat tembaga berdiameter 0,2 mm dilapisi dengan larutan tetrahidrofuran (THF), urease, dan polivinilklorida (PVC) sebagai matriks. Elektroda yang dilapisi ketiga bahan tersebut dicelupkan dengan ketebalan dan kandungan urease yang bervariasi.
Tabel 1. Komposisi bahan membran elektroda urea
Komposisi Bahan Membran Elektrod
Penentuan Sensitivitas (Faktor Nernst) Larutan standar urea disiapkan yaitu 10-5, 10-4, 10-3, 10-2, dan 10-1 M. Masing-masing larutan standar diukur potensial elektrodanya. Potensial elektroda yang terukur (mV) diplotkan terhadap log urea, dan dihasilkan sensitivitas elektroda urea.
Penentuan waktu respons
Larutan standar urea disiapkan yaitu 10
-4
, 10-3 dan 10-2 M. Potensial elektroda dari
masing-masing larutan diukur setiap 30 detik sekali, sampai diperoleh harga potensial yang konstan. Apabila harga potensial sudah konstan, pengukuran waktu respon dihentikan.
Penentuan stabilitas
Disiapkan sederetan larutan standar urea. Masing-masing larutan analit diukur potensial elektrodanya setiap 3 hari sekali dan ditentukan sensitivitas elektroda urea. Pengukuran sensitivitas dihentikan apabila sensisitivitas (slope) yang dihasilkan mengalami penurunan sebesar ± 2 mV/dekade (Mitrakas, 1991).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sensitivitas (Faktor Nernst)
Sensitivitas biosensor urea diperoleh dengan cara, memplotkan potensial elektroda urea dengan log urea pada berbagai konsentrasi. Sensitivitas yang didapat dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Nilai sensitivitas biosensor urea dengan transduser tembaga
Dari Tabel 2 dapat diketahui, bahwa biosensor urea transduser tembaga membran A, merupakan biosensor terbaik dari ketiga jenis membran di atas. Sensitivitas yang dihasilkan adalah 47,8 mV/dekade. Nilai sensitivitas yang diperoleh masih jauh dari harga ideal yaitu 59,1 mV/dekade dan lebih rendah bila dibandingkan menggunakan transduser wolfram yaitu 52,1 mV/dekade (Widihastono, 1992). Hal ini disebabkan, logam wolfram lebih inert dan konduktivitasnya lebih baik dibanding logam tembaga.
Waktu respons
No. Jenis Membran Sensitivitas
Jurnal Sains Kimia Vol 7, No.2, 2003: 40-43
42 Waktu respons biosensor urea transduser
tembaga dengan berbagai jenis membran, dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Waktu respon biosensor urea transudser tembaga dengan berbagai jenis membran
Waktu respon (detik) pada log urea Perlakuan
Biosensor urea transduser tembaga membran A, waktu responnya lebih cepat dibandingkan dengan jenis membran lain. Waktu respon tercepat adalah pada konsentrasi log urea 10-2 M, yaitu 135 detik. Dari tabel 3 dapat diketahui, bahwa semakin rendah konsentrasi urea, waktu respon yang diperoleh semakin lama. Hal ini disebabkan, proses difusi antara urease dengan analit untuk mencapai kesetimbangan pada konsentrasi yang rendah membutuhkan waktu yang lebih lama dibandingkan pada konsentrasi yang lebih tinggi (Alexander, 1981).
Stabilitas biosensor
Penentuan stabilitas dari biosensor urea didasarkan pada perbedaan nilai sensitivitas awal dengan sensitivitas pada waktu pengukuran terakhir. Bila selisih tersebut U 2 mV/dekade maka pengukuran masih stabil (Mitrakas, 1991). Stabilitas ditentukan pada satuan hari. Nilai sensitivitas stabilitas dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Stabilitas biosensor urea transduser tembaga No Hari
Dari Tabel 4 dapat diketahui, bahwa biosensor urea transduser tembaga membran A stabil sampai hari ke 14. Stabilitas biosensor urea tersebut stabil sampai hari ke 14, sebab perubahan sensitivitas yang didapat U 2 mV/dekade. Apabila biosensor ini digunakan setelah hari ke 14, maka kecermatan dan ketepatan alat tersebut jauh menyimpang. Hal ini disebabkan, akibat adanya proses leaching out (pencucian) pada permukaan membran urease. Stabilitas suatu biosensor sangat tergantung pada jenis transudser, komposisi dan jenis membran yang digunakan. (Przybyt, 1990).
KESIMPULAN
Dari hasil penelitian ini diperoleh:
• Biosensor urea transduser tembaga membran A dengan komposisi PVC:THF: urease = 10 mg : 1,5 mL : 200 mg dengan 5 kali pencelupan, sensitivitasnya 47,8 mV/dekade, waktu respon terbaik 135 detik, dan stabil selama 14 hari.
• Biosensor urea transduser tembaga membran A dapat dijadikan biosensor alternatip untuk penentuan kadar urea, walaupun sensitivitas yang dihasilkan masih di bawah harga idealnya yaitu 59,1 mV/dekade.
DAFTAR PUSTAKA
Alexander, P.W. dan Joseph, J. P., 1981, “A Coated Metal Enzyme Electrode for Urea Determinations. Analytica”Chimica Acta, Vol. 131. pp. 103-109.
Pembuatan biosensor urea
(Khairi)
43
Lee, Y.K., Park, J.T., dan Kim, C.K., 1986, “Carbon Paste Coated Wire Selective Electrode for Nitrate Ion”, Anal. Chem, Vol. 58. pp. 2101-2103.
Mayes, P.A., Granner, D.K., Rodwell, V.W., Martin, D.W., Alih Bahasa Darmawan, I., 1985, “Biokimia”, Edisi 20, EGC Penerbit Buku Kedokteran, 324.
Mitrakas, M.G., dan Alexiadas, C., 1991, “Nitrate Ion Selective Electrodes based on Quartenery Phosphorium Salt in Plastisized Poly (Vinyl Chloride) and Influence of Membrane Homogenity on their performance”, Analyst, Vol. 116.
Przybyt, M dan Sugier, H., 1990, “Wolfram Electrode for Urea”, Analytica Chimica Acta, Vol. 239. pp. 269-276.
