Rancang Bangun Sistem Pendeteksi Odor Urin Pada Infeksi
Saluran Kemih Berbasis Sensor Array Berlapis Polietil Glikol
(PEG) dan Mikrokontroler
Dena Arianti1 , Drs.Pujiyanto M.S2, Delima Ayu S, S.T, M.T3
1 Program Studi S1 Teknobiomedik Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga 2 Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga
dena.arianti@gmail.com
Abstract. In this research, a detector of urine odor system in urinary tract infection was designed based on Quartz Crystal Microbalance (QCM) array sensor which has basic of frequency 20MHz. Urinary Tract Infection (UTI) is an infection which is caused by the reproduction of microorganism in the urinary tract. In the normal condition, urinary liquid does not composed of bacterial, viral, or other kind of microorganism. The method which was used in this research was draining urine odor into the sensor which had been coated by Poly ethylene glycol (PEG) with the molecular weight were 40, 400 and 6000. This sensor would change the frequency if catching a gas molecule. The recitation of frequency value would be counted by frequency divider and would be acquisitioned by Arduino microcontroller Mega 2560. The result of this research was there is no differences of frequency when the sensor was drained by odor of urine then this system had not been able to detect the differences between urine odor in the normal patient and urine odor in the patient which having urinary tract infection
.
Keywords: Sensor QCM, Polietil Glikol, Urinary Tract Infection
Abstrak. Telah didesain pada penelitian suatu sistem pendeteksi odor urin pada Infeksi Saluran Kemih berbasis sensor array Quartz Crystal Microbalance (QCM) yang memiliki frekuensi dasar 20 MHz. Infeksi saluran kemih (ISK) adalah infeksi akibat berkembang biaknya mikroorganisme di dalam saluran kemih, yang dalam keadaan normal air kemih tidak mengandung bakteri, virus atau mikroorganisme lain. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah mengalirkan odor urin ke sensor yang telah dilapisi dengan Polietil Glikol (PEG) 40 , 400 dan 6000. Sensor ini akan mengalami perubahan nilai frekuensi apabila menangkap suatu molekul gas. Pembacaan nilai frekuensi akan dihitung oleh pembagi frekuensi dan diakuisisi oleh Mikrokontroler Arduino Mega 2560. Hasil dari pengujian ini tidak mendapatkan nilai beda frekuensi saat sensor dialiri odor urin sehingga belum dapat mendeteksi odor urin pada orang normal dan penderita infeksi saluran kemih. Kata kunci: Sensor QCM, Polietil Glikol, Infeksi Saluran Kemih
PENDAHULUAN
Warna dan bau tertentu pada urin bisa menjadi tanda-tanda sejumlah penyakit, mulai dari infeksi sampai kanker. Analisis terhadap urin untuk mengetahui kondisi kesehatan dilakukan lewat proses yang disebut "urinalisis". Proses tersebut dilakukan untuk mengetahui zat-zat yang terkandung dalam urin. Dokter kerap meminta pasien melakukan tes urin meski pasien tidak memiliki keluhan yang berkaitan dengan urin. Dokter dapat mengetahui berbagai hal yang terjadi di dalam tubuh melalui urin. Perbedaan warna dan bau urin bisa dipengaruhi berbagai faktor mulai dari hal-hal biasa, seperti makanan dan obat, sampai hal-hal luar biasa seperti infeksi atau kanker.
Infeksi saluran kemih (ISK) adalah infeksi akibat berkembang biaknya mikroorganisme di dalam saluran kemih, yang dalam keadaan normal air kemih tidak mengandung bakteri, virus atau mikroorganisme lain. Infeksi saluran kemih (ISK) merupakan salah satu penyakit infeksi yang sering ditemukan di praktik umum.Penyakit infeksi merupakan penyakit yang sering dijumpai di seluruh dunia. Infeksi saluran kemih (ISK) merupakan infeksi tersering kedua setelah infeksi saluran nafas. Belum adan klasifikasi dan standarisasi penatalaksanaan infeksi saluran kemih dan genitalia pria di Indonesia. Penatalaksanaan infeksi berkaitan dengan pemberian antibiotika. Penggunaan antibiotika yang rasional dibutuhkan untuk mengatasi masalah resistensi kuman.
Sensor Quartz Crystal Microbalance (QCM) yang akan dikembangkan pada penelitian ini, diupayakan dapat merespon gas atau uap yang dihasilkan urine. Gas yang dihasilkan urine inilah yang nantinya untuk melihat sensivitas dari masing masing sensor yang di dalam sensor tersebut terdapat bahan polimer polietilen glikol dengan berat molekul yang berbeda-beda.
METODE PENELITIAN
Rangkaian Osilator
Osilator yang digunakan pada sistem ini yaitu osilator pierce. Osilator pierce merupakan salah satu osilator kristal untuk frekuensi tinggi. Setiap sensor memiliki osilator, sehingga jumlah dari osilator ada 3 buah. Rangkaian osilator disajikan pada Gambar 1.
Gambar 1 Rangkaian Osilator Pierce
Rangkaian Pembagi Frekuensi
Rangkaian pembagi frekuensi ini menggunakan IC TTL 7490. Rangkaian ini menggunakan 4 buah IC untuk membagi frekuensi sebesar 10.000 Hz. Frekuensi yang dihasilkan oleh sensor QCM yaitu 20 MHz, sehingga nilai yang dikeluarkan untuk masing masing pembagi yaitu 2000 Hz = 2 KHz.
Gambar 2 Rangkaian Pembagi Frekuensi
Rangkaian Mikrokontroler Arduino Mega 2560
Rangkaian Mikrokontroler Arduino Mega 2560 mengunakan IC mikrokontroler 2560. Rangkaian mikrokontroler dengan LCD (Liquid Crystal Display) digabungkan menjadi satu sebagai display dari nilai frekuensi masing masing sensor. Rangkaian Mikrokontroler disajikan pada Gambar 3.
Gambar 3 Rangkaian Mikrokontroller
Perancangan Software
Alur kerja software Rancang Bangun Sistem Pendeteksi Odor Urin Pada Infeksi Saluran Kemih Berbasis Sensor Array Berlapis Polietilen Glikol (PEG) dan Mikrokontroler yang dibuat pada penelitian ini mengacu pada Gambar 4. Sofware dibuat menggunakan software arduino yang sudah disediakan oleh arduino Inc. Software arduino mengunakan bahasa C dan sudah dilengkapi dengan library.
Rangkaian sensor yang digunakan pada sistem ini menggunakan Kristal 20 MHz yang dilapisi dengan Polietil Glikol dengan berat molekul 6000, 400, dan 40. Hasil dari pelapisan Kristal 20 MHz menggunakan PEG 40,400, dan 6000 disajikan pada Gambar 5. Gambar rangkaian sensor terdapat pada Gambar 6.
Gambar 5. Kristal 20 MHz yang suah dilapisi PEG
Gambar 6 Hasil rangkaian sensor QCM Rangkaian Osilator
Rangkaian Osilator menggunakan IC 74HCT14N. Rangkaian osilator ini untuk membangkitkan Kristal 20 Mhz. Gambar rangkaian osilator tersaji pada Gambar 8.
Gambar 8. Hasil rangkaian osilator Rangkaian Pembagi Frekuensi
Rangkaian pembagi frekuensi dibuat dengan tujuan agar frekuensi masing masing kristal dapat dibaca oleh mikrokontroler. Frekuensi yang digunakan sebesar 20.000.000 Hz sehingga dibagi 10.000 menjadi 2.000 Hz. Rangkaian pembagi frekuensi menggunakan 4 buah IC 7490 yang membagi 10 dari nilai frekuensi, sehingga pembagi frekuensi menjadi 10.000. Hasil rangkaian pembagi frekuensi terdapat pada Gambar 9.
Gambar 9. Hasil rangkaian Pembagi Frekuensi Rangkaian Mikrokontroller
Rangkaian Mikrokontroler Arduino Mega 2560 mengunakan IC mikrokontroler 2560. Rangkaian mikrokontroler dengan LCD (Liquid Crystal Display) digabungkan menjadi satu sebagai display dari nilai frekuensi masing masing sensor.
Gambar 10 Rangkaian mikrokontroler dan LCD.
Huruf A adalah rangkaian LCD shield. Huruf B merupakan PIN digital yang terdiri dari interrupt dan PWM (Pulse Width Modulation). Huruf C adalah PIN
input/output digital sedangkan Huruf D adalah PIN input/output Analog.
Perangkat Lunak (Software)
Perangkat lunak yang digunakan untuk sensor QCM menggunakan software arduino dengan menggunakan bahasa C. Program yang digunakan dalam penelitian ini berupa program untuk membaca frekuensi sensor QCM.
Tabel 1 Hasil Pelapisan dari Kristal 20 MHz
Jenis Kristal
Berat Hasil Penimbangan (gram) Massa awal (m0) Massa akhir (m1) Selisih massa (∆m) Kristal 20 MHz PEG 40 0.9019 0.9597 0.0578 Kristal 20 MHz PEG 400 0.8990 1.0027 0.1037 Kristal 20 MHz PEG 6000 0.8938 0.9260 0.0322
Tabel 2 Hasil Nilai Frekuensi Pelapisan dari Kristal 20 MHz
Jenis Kristal
Hasil Nilai Frekuensi (MHz) Frekuensi awal (f0) Frekuensi akhir (f1) Selisih Frekuensi (∆f) Kristal 20 MHz PEG 40 20.005 19.9949 -0.0101 Kristal 20 MHz PEG 400 19.9951 19.9950 -0.0001 Kristal 20 MHz PEG 6000 20.0032 19.9787 -0.0245
Tabel 3 Hasil Massa Pelapisan dari Kristal 20 MHz dengan PEG 6000
Jenis Kristal
Berat Hasil Penimbangan (gram) Massa awal (m0) Massa akhir (m1) Selisih massa (∆m) Konsentrasi 1 % 0.45 0.68 0.23 Konsentrasi 2 % 0.43 0.84 0.41 Konsentrasi 3 % 0.45 1.22 0.77
Tabel 4 Hasil Nilai Beda Frekuensi Pelapisan dari Kristal 20 MHz dengan PEG 6000
Jenis Kristal
Hasil Nilai Frekuensi (MHz) Frekuensi awal (f0) Frekuensi akhir (f1) Selisih Frekuensi (∆f) Konsentrasi 1 % 19,95 6,66 13.29 Konsentrasi 2 % 19,92 ~ ~ Konsentrasi 3 % 19,89 ~ ~
Pengujian alat dilakukan terhadap 2 sampel yaitu sampel amoniak dan sampel urin. Pengujian alat terhadap sampel urin dilakukan sebanyak dua kali pengaliran. Terdapat 6 macam sampel urin yaitu Urin orang sehat 1, urin orang sehat 2, urin orang sehat 3, dan urin orang terinfeksi saluran kemih 1, urin orang terinfeksi saluran kemih 2, urin orang terinfeksi saluran kemih 3. Data rerata pengujian sensor dengan PEG 40,400, dan 6000 terhadap sampel gas amoniak disajikan pada Tabel 5. Data rerata nilai frekuensi keluaran tiap-tiap sensor untuk sampel uji gas amoniak dengan konsentrasi yang berbeda,
digambarkan dalam grafik hubungan antara perbedaan frekuensi terhadap konsentrasi ammoniak sebagaimana seperti Gambar 12. Data nilai frekuensi keluaran sensor QCM dengan PEG 6000 1 % untuk sampel uji gas amoniak dengan konsentrasi yang berbeda disajikan pada Tabel 6, Data rerata pengujian sistem sensor terhadap urin sehat dan urin orang penderita infeksi saluran kemih disajikan pada Tabel 7
Tabel 5 Hasil rerata dari pengaliran gas amoniak
Konsentrasi Gas Ammoniak
Frekuensi Pembacaan Untuk : Sensor A PEG 6000 ( Hz ) Sensor B PEG 400 (Hz) Sensor C PEG 40 (Hz) 10 % 2021 2028 2028 15 % 2020 2029 2033 20 % 2024 2014 2027 25 % 2022 2022 2037
Gambar 12 Grafik hubungan antara frekuensi keluaran sensor terhadap konsentrasi amoniak untuk tiap tiap sensor.
Tabel 6 Hasil dari penyemprotan gas amoniak untuk sensor QCM PEG 6000 1 %
Jenis Amoniak
Hasil Nilai Frekuensi untuk Sensor QCM PEG 6000 1 % (MHz) Frekuensi awal (f0) Frekuensi akhir (f1) Selisih Frekuensi (∆f) Konsentrasi 10% 6.674 1.87 -4.804 Konsentrasi 15% 6.674 4.40 -2.274 Konsentrasi 20% 6.674 3.68 -2.994 Konsentrasi 25% 6.674 5.67 -1.004 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% Fr eku en si ( H z) Konsentrasi Ammonia
Grafik Hubungan Antara Frekuensi Keluaran Sensor Terhadap Konsentrasi Amoniak Untuk Tiap Tiap Sensor.
SENSOR A SENSOR B SENSOR C
SENSOR Kemih (Hz) (Hz) 1 2 3 1 2 3 Pengaliran 1 1 2116 2084 2153 2160 2076 2167 2 2142 2142 2165 2160 2093 2146 3 2090 2107 2094 2164 2117 2138 Pengaliran 2 1 2028 2032 2021 2021 2022 2028 2 2025 2029 2028 2028 2026 2032 3 2021 2029 2026 2027 2029 2030
Tabel 7 merupakan hasil rerata keseluruhan data alat pada pengaliran ke-1 dan ke-2. Perbedaan antara sampel urin sehat dan urin sakit yang dialirkan tidak memiliki beda nilai frekuensi yang cukup jauh. Hasil ini dikarenakan sensor yang dilapisi dengan berat molekul 40, 400 , dan 6000 belum dapat merespon adanya molekul gas urin saat dialirkan. Seharusnya saat dialirkan gas, nilai frekuensi menjadi lebih kecil dari nilai frekuensi dasar Kristal yaitu 20 MHz sehingga diperoleh nilai ∆f (delta frekuensi). Ketebalan pelapisan polimer ini yang mempengaruhi kinerja sensor QCM saat menangkap molekul gas. Semakin tebal pelapisan polimer, maka sensor tidak dapat menangkap molekul gas, tetapi nilai frekuensinya sangat stabil. Berbeda dengan sensor. QCM yang dilapisi dengan PEG 6000 dengan konsentrasi 1 %. Terlihat perbedaan nilai frekuensi saat diberikan perlakuan gas amoniak terhadap sensor.
KESIMPULAN
Berdasarkan analisis data dan pembahasan yang dilakukan pada penelitian ini dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1.
Dapat dibuat sistem sensor array namun belum mampu untuk mendeteksi urin orang sehat ataupun urin orang terinfeksi saluran kemih, karena kurang sempurnanya pelapisan PEG 40, 400 dan 6000 pada sensor QCM.2.
Sensor array yang dibuat tidak sensitif terhadap sampel urin yang alirkan melalui ketiga sensor QCM yang telah dilapisi dengan berat molekul PEG 40, 400, dan 6000. Tetapi, kristal yang dilapisi menggunakan PEG 6000 konsentrasi 1 % dapat memberikan nilai beda frekuensi saat diberikan perlakuan amoniak.SARAN
Berikut ini adalah saran-saran yang dapat dipertimbangkan untuk penyempurnaan penelitian ini lebih lanjut:
1. Sebaiknya digunakan polimer Polietil Glikol dengan berat molekul 6000 dengan konsentrasi 1 % agar hasil pelapisannya optimum
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terimakasih penyusun sampaikan kepada semua pihak yang telah
membantu selama penyusunan laporan ini diantaranya Drs. Pujiyanto, M.S selaku
pembimbing I, dan Delima Ayu S, S.T, M.T selaku pembimbing II atas bantuan dan
dukungan yang diberikan selama pengerjaan jurnal ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Adhikari ,Basudam., Majumdar, Sarmishtha., 2004, Polymers in Sensor Applications, Progress In Polymer Science, p. 699–766
[2] Amelia,Sri, 2011, Bakteri Penyebab Infeksi Saluran Kemih, Universitas Sumatra Utara, Sumatra Utara
[3] Astuti,Fitri, 2008, Pengaruh Kombinasi Basis Polietilenglikol 1000 dan Polietilenglikol 6000 Tehadap Sifat Fisik dan Pelepasan Asam Mefenamat Pada Sediaan Supositora. Universitas Muhammadiyah, Surakarta
[4] Anderson Hendrik, et al, (2006), ”Quartz crystal microbalance sensor design I, Experimental study of sensor response and performance”, Sensors and Actuators Elsevier B. Vol. 123. issue 1. p.21-26
[5]KusumaWardhani,Diajeng.2011,UrinKualitatif,http://www.docstoc.com/docs/7120179 6/Urin- Kualitatif ,30 Mei 2012
[6] Bartos Wyszynski., Agustin Gutierrez,. And Takamichi Nakamoto, 2007, Improvement of Ultrasonic atomizer for deposition of Gas-Sensing Film on QCM, Sensor and Actuaors, p.253-259
[7] Gunawan, Budi. Azhari, Citra.2007. Karakterisasi Spektrofotometri I R dan SEM Sensor Gas Dari Bahan Polimer Poly Ethelyn Glycol (PEG), ITS, Surabaya
[8] Hickman Jr, Cleveland P., 1990, Biology of Animal, 6 ed., WM C.Brown Publisher [9] Jie, Han., 2006, Technical Background Applications and Implemetaion of Quartz Crystal Microbalance Systems. University Of Jyvaskila
[10] Kee, Joyce LeFever., 2007, Pedoman Pemeriksaan Laboraturium & Diagnostik. Edisi 6, Jakarta, EGC
[11] Montgomery Rex. Ph.D., Dr. Sc., 1993, Biokimia Suatu Pendekatan Berorientasi khusus, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta
[12] Nindyasari, Rizka., 2012, Rancang Bangun NPWT (Negative Pressure Wound
Therapy) untuk Mempercepat Penyembuhan Ulkus Diabetik Berbasis Mikrokontroler,
Universitas Airlangga, Surabaya
[13] Rivai,Muhammad,dkk., 2005, Deret Resonator Kristal SiO2 Terlapis Polimer Sebagai Pengenal Jenis Uap Pelarut, Teknik Elektro ITS, Surabaya
[14] Roberts, M., 1993, Biology Princeple and Processes, 1 sted, Thomas Nelson and Sons Ltd, London
[15] Rochmadyono, Septian. 2010. Ammonia Gas Identification Using Quartz Crystal Microbalance with Neural Network Implemented In The Microcontroller. ITS. Surabaya [16] Saputra, A.W., Susetyo P., Rokhana R., Kemalasari, 2005, Robot Lengan 3 DO dengan Input Sinyal EMG, Jurusan Teknik Elektronika, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Indonesia
[17] Saraswati, Delima Ayu, dkk., 2010, Analisis Odor Urine untuk Mendeteksi Infeksi Saluran Kemih Dengan Menggunakan Sensor QCM dan SOM, Modern Elecrical Engineering and ITS Application Seminar (MEETAS 2010), Bandung
[18] Widmann ,Frances K., 1995, Clinical Interpretation of Laboratory Test, (Tinjauan Klinis atas Hasil Pemeriksaan Laboratorium), Buku Kedokteran Jakarta,EGC
