APLIKASI TEKNOLOGI SOL.GEL DALAM PENGEMBANGAN BIOSENSOR SERAT OPTIK BERBASIS IMMOBILISASI ENZIM UNTUK PEMONITORAN LOGAM BERAT DAN PBSTISIDA

(1)

r7q1

LAPORAN

HASIL PENELITIAN

HIBAH

BERSAING

XTIII}

PERGURUAN

TINGGI

TAHUN

ANGGARAN

200512006

APLIKASI

TEKNOLOGI

SOL-GEL

DALAM

PENGEMBANGAN

BIOSENSOR SERAT

OPTIK

BERBASIS

IMMOBILISASI

ENZIM UNTUK

PEMONITORAN

LOGAM

BERAT

DAN PESTISIDA

Oleh:

Drs. Agus

Abdul

Gani,

MSi

( Peneliti Utama )

Drs.

Barnbang

Kuswandi, MSc,

PhD

Drs. Mukh. Mintadi, MSc

( Peneliti Anggota )

Dibiayai oleh

Direktorat

Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat, Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional

R[,

Nomor: 022/SP3/PPIDP2M/!U2006 Tanggal 01 Februari 2006

UNIVERSITAS

JEMBER

PROGRAM

STUDI

FARMASI

2006

' .. ), i)

:--,- -,'J't i'

, D 1i

-l h(r _ u -J J:- tl. -. ar: T ')r

-- "! :

M

(2)

b

LAPORAN HASIL

PENELITIAN

HIBAH

BERSAIi{G

XIIII}

PERGURUAN

TINGGI

TAHUN

ANGGARAN

200512006

APLIKASI

TEKNOLOGI

SOL.GEL

DALAM

PENGEMBANGAN BIOSENSOR SERAT

OPTIK

BERBASIS

IMMOBILISASI ENZIM

UNTUK

PEMONITORAN LOGAM

BERAT

DAN PBSTISIDA

Oleh:

Drs.

Agus

Abdul

Gani,

MSi

( Peneliti Utama )

Drs.

Bambang

Kuswandi, MSc,

PhD

Drs.

Mukh. Mintadi,

MSc

( _{Peneliti Anggota )}

Dibiayai oleh

Direktorat

_{Penelitian dan pengabdian Kepada Masyarakat,}

Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi, Departemen pendidikan _Nasional_RI, Nomor: 022t9p3tpptDp2M/tU2006 _Tanggal

0l

_trebruari₂₀₀₆

UNIVBRSITAS JEMBER

PROGRAM STUDI

FARMASI

2006

ASAL

: :.

:

TERII'Jl,t, : i

;r.-.

NO

iNDL..

KLA.S

7a,

efN

i

I i t

I

M*

r

.,YZN--c

_'

(3)

LEMBAR

IDENTITAS

DAN PENGESAHAN

LAPORAN SEMENTARA

HASIL PENELITIAN HIBAH

BERSAING

XIIU2

TAHUN

ANGGARAN 20057006

A. Judul Penelitian

B. Ketua Peneliti

a. Nama

b. Jenis kelamin

c. Pangkat/GolAtrIp

d. Bidang Keahlian

e. Fak/Jurusan

f. Perguruan Tinggi

C. Tim Peneliti

Drs. Agus Abdul Gani, MSi Laki-laki

Pembina Utama/IVB/t

3t

4t2gtB

Kimia Analitik

PS Farmasi / Kimia Farmasi Universitas Jember

:;:, j _{:ifu :J]..,:...',{t]@*-*1!}

. .". ir 5.1 ?{.r r

:,i.,

j

fl;

[i

$

1

i

r-i

'

:;" ?l:ltHLi?'i'tli'

$ li

.', . rr.r:"",,.il

"liiiilijj:tt 1!

:

APLIKASI _{TEKNOLOGI SOL.GEL}

DALAM

PENGEMBANGAN BIOSENSOR SERAT OPTIK BERBASIS

IMMOBILISASI _ENZIM_LTNTUK_{PEMONITORAN LOGAM}

BERAT DAN PESTISIDA

D. Pendanaan dan Jangka waktu penelitian

a. Jangka Waktu penelitian yang diusulkan

b. Biaya Total yang

diusulkan

_{: Rp.}

c. Biaya yang disetujui tahun 2005/2006 : Rp.

: 2 (dua) tahun

80.000.000,-

40.000.000,-Mengetahui

PS Farmasi

Menyetujui, Ketua Lem

DEA, PhD)

022

Abdul Gani, MSi)

(4)

RINGKASAN

APLIKASI TEKNOLOGI

SOL.GEL

DALAM

PENGEMBANGAII _BIOSENSOR

SERAT

OPTIK

BERBASIS

IMMOBILISASI ENZIM UNTI]K PEMOMTORAN

LOGAM

BERAT DAN PESTISIDA

Aplikasi

teknologi sol-gel dalam pengembangan _{biosensor serat}

optik

_berbasis

enzim telah dilakukan sebagai teknik uaru aalam imirobilisasi terintegrasi

lniu.u'.nri,o

asetilkolinesterase dan- _{indikator pH (Bromo Timul Biru/BTB). Teknik}

sj-get

uouiut, teknik

pembuatan

polimer

berbasis

silica

transparan

yang

sangat

cocok

digunakan dalam

immobilisasi enzim yang dapat diintegrasi'kun

r..u.u"lu"trr"*

dengan

;g;;

indikuto..

Keunggulan utama dari. teknik sol-gel sebagai metode

i*I"o-uiri.uri

_{adalah bahwa}_dalam

proses _{immobilisasi enzim}_dan_reagen_indikator_dapat

dilakukan dalam satu bacih

(or,

,rop

reaction) _{secara bersamaan, sehingga antara}_enzim

dan

reagen

indikator bisa

lebih

terintegrasi dengan

b?i!.YTq

pada giliranya akan menjadikan r.rpon biosensor lebih cepat

dan tinggi pula. Terlebih lagi, _{denfan teknologi}_{sol-!el, ,nutril.}_{bio-gelas tersebut}

dapat

dipreparasi menjadi transparan secaia optik,

r.[irggu"r.ruaurrr.urnyu

_dimonitor_secara

spektroskopi serat optik dan ideal

untui

b.ios.eT;;ptik.

_{Dengan teknologi}_{sol_gel yang}

dapat menghasilkan

gelas

bio-fungsional

ini,

telah

_memungkinkan

untuk

_menjaga

selektifitas dan aktivitas enzim dalarn keadaan padat

(solid ttiitlTarmenyediakan

_lontrol

marfologis dan struktur yang tidak mungkin d'apat _{d'ilukuku, pada saat}_enzim_dilarutkan

dalam pelarut air biasa.

Penelitian

ini

telah _{mendemontrasikan aplikasi}_teknologi_{sol-gel tersebut}

dalam pengembangan _{biosensor serat}

optik

_{berbasis immobilisasi}

enzim dalam

hal

ini

urease

untuk tahun pertama dan asetilkolinesterase _tahun_kedua_{Desain, konstruksi dan}_fabrikasi

dari biosensor serat optik berbasis _{immobilisasi enzim}_urease_dengan_{indikator BTB}

dalam

matrik _{sol-gel sehingga dihasilkan prototipe bio-optode yang cukup sensitif dan selektif}

dalam mendeteksi logam berat (Hg(II),

pb(II)

_dan

Ag(I)j

ouju,

_air._{Daram tahun}_kedua

digunakan

enzim

_{asetilkolinesteriase}

untuk

*.naJte(si

_pestisiaa

(

klo;iriio,

oun

karbofuran). Pada biosensor

ini,

_sistempensensoran _{bekerja berdasarkan}

inhibisi

_dari

aktivitas enzim (asetilkolinesterase

_oleh pestisida) yang aiimniouihsasi pada matrik sol-gel.

selanjutnya perubahan

pH

yang dihasiikan daii -bio-katatisis _{reaksi enzimatis dimonitor}

9:'.gl'

indikator

pH

sebelum dan sesudah.dirgafg]kan dengan polutan tersebut sebagai

inhibitor' _{Berdasarkan sistem}_ini,_{maka derajat inhibisi}_otetr"pestisida

dapat dikorelasikan

dengan konsentrasinya sebagai analit. oleh i<arena nya aga,r dtrfat dipakai secara berulang, maka _{enzim yang telah diinhibisi}_{tersebut telah}

diregen.[r.

dJngan agen regenerasi, yaitu

-EPT*

sehingga dapat menghemat biaya

analisii

dan

memiiimatis*i 6uung;;

yang

dihasilkan dari proses analisis _{tersebut. Sistem biosensor serat}_optik

ini

_telah_{airinltaitcan}

dengan _{metode analisis.injeksi alir}_{(flow iniection}

analysis), sehingga proses analisis bisa

dilakukan secara otomatis dan lebih iepat pula.

lll

i{qi9t:ii!!nr ' r:" f. x,

ir

.,r,.

i: 'ri

il

,:i

'i i I

1 ,j

ii:l i;i

I

'] l:, :, , "t,, t",

(5)

SUMMARY

APPLICATION

_OF

SOLGEL

_{TECHNOLOGY IN DEVELOPMENT}

OF OPTICAL FIBRE BIOSENSORS BASED ON

IMMOBILISE'

ENZYMES FOR

MONITORING

_OF

HEAYY

_{METALS AND}_PESTICIDES

Application

of

sol-gel technology in development of optical fiber biosensors based

on

immobilized

enzwe

has been carried out..

Here,_i.rrrii,r,

_{has been}

.n,piov"a

_ro,

immobilization of urla and pH indicator _{lBromthymol-bluetsi'B).}_{The sol-gel}_technique

is

the silica based polymer preparation _that_cal.b3_used_in

.nry*.

_{immobilization}

integrated

with an indicator _{reagent. Ttre}advantages _of_{this technique}

ilit,

i*robilization

process

of

enzyme and indicator can be performed in one barch _{(one stop reaction)}_{simultaneously,}

which

in

turn, could

increasl

the

biosensor performance.

din".,

the

_{polymer can}_be

prepared _{transparently,}_so_{that its ideal to be}

used with _{fibre optic}_sensor._{Furtn.rrnor.,}_uy

this

bio-functional glass,

.

the

selectivity, sensitiv

ity

&

activity

of

the

enzyme can be

maintained in good conditions as well as lts.structuri and morphology can be kept in good

condition _{even compared}_with_aqueous_solutions.

This research has _{demonstrated the app.lication}_{of sol-gel technology in}

development

of

optical

fibre

biosensor based

on

_{immo_bilised enzymJ,}_{where in--this cas.'using}

acetylcolinesterase

&

BTq

_for_{the year one.}_In_{this year, the'project}

has been focused on

design, construction and fabrication

of

the optical nure-uiosensor _based_on_immobilised

acetylcolinesterase _and

BTB.

_This

bio-opt ode has been used-for sensitive and selective

detection of pesticide in water samples. In this biosensoruyrt"*r, _the_sensor_works_based

on

inhibition

of

enzyme

activity

_{(acetylcolinesterase}

iy

_pesticide)

that

has

been

immobilised onto solgel glasses. _{HLre, the net}_{of pH changeiue to enzymatic}

reaction can

be _{monitored via}_pH_{indicator (BTB) that}_can_be

iorrelatei _{with concentration of}_pesticide

as

inhibitors'

In

_order

to

_{make the system can be used continuously,}

the immobilised

enzyme can be regenerated b^y _{regenerating agent.such}_as_EDTA,_so_thatiire

analysis can be

carried out effectivetv a19 _{efficiently in term or time,}_{waste and cost.}_The

biosensor system has also been coupled with _{FrA (flow iniection analysis),for automatic}_and

rapid analysis.

lV

$s.ci.i\rr":{ i,.

|:

li -"

t -,,

::

'...r: I .(?i:*&.:r.r::.9:&(e4!u1i1.:rl,

,,1

'r '.,.:

i

!

ri.j',ja:r.-i'ii_*

fttr

fi

t'

_ ',i: -:.+ I

.4