BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat Dan Waktu Penelitian
Tempat penelitian ini dilaksanakan dibeberapa tempat seperti:
1. Fakultas Teknik Elektro USU Laboratorium Tegangan Tinggi. 2. Fakultas Biologi FMIPA USU Laboratorium Mikrobiologi. Waktu penelitian dilakukan mulai bulan Maret sampai dengan Juni 2013. Di dalam melakukan penelitian terlebih dahulu dipersiapkan peralatan dengan berbagai tahap yaitu:
1. Penyediaan sumber tegangan tinggi. 2. Penyediaan komponen tegangan tinggi. 3. Penyediaan rangkaian pembentuk pulsa.
4. Penyediaan sela picu/ sphere gap, switching dengan triger device. 5. Penyediaan elektroda yang terbuat dari material stainless stell. 6. Penyediaan ruang sampel dan
7. Penyediaan sampel.
3.2. Komponen Dan Bahan
Komponen dan bahan yang dipergunakan dalam penelitian ini merupakan bagian-bagian dari peralatan unit pembangkit tegangan tinggi impulsa, dan beberapa peralatan diluar dari unit tersebut dipergunakan untuk mengukur dan mendukung pengambilan data.
Peralatan pembangkit tegangan tinggi impulsa terdapat di Fakultas Teknik Laboratorium Tegangan Tinggi, adapun komponennya dan beberapa alat pengukur untuk mendukung pengambilan data dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Oto transformator. 2. Test transformator. 3. Kabel penyambung. 4. Resistor.
5. Capasitor. 6. Dioda.
7. Sela picu atau Sphere Gap.
10. Generator tegangan tinggi type YHIG-100KV, 5 KVA. 11. Resistor, Rp = 416 Ω, 140 kV; Rs = 9500Ω, 140 kV. 12. Capasitor, Cs = 6000 pF, 140 kV.
13. Sela picu atau Sphere Gap 14. Pemicu.
15. Alat ukur AVO meter.
16. Oscilloscope dan X-Y recorder YEW 3023
Pada penelitian ini kedua elektroda didesain sesuai dengan kebutuhan yang lebih kecil dari ukuran chamber , tujuannya adalah untuk menghindari terjadinya loncatan listrik atau efek frigging antara elektroda, adapun gambaran secara fisik yang dipakai dalam penelitian ini adalah seperti gambar 3.2, dibuat dari material stainless stell dengan bentuk lingkaran, ukuran elektroda negatif d =10 mm dan elektroda positif d = 6mm, sedangkan ruang sampel berbentuk silinder dengan tinggi =19 mm, r = 14mm dan tebal = 2mm terbuat dari acrylic ( dielectric
strength 500 V/mm), seperti gambar 3.3.
3.2.1. Bahan dan Peralatan
Untuk penyediaan peralatan dan bahan yang dilakukan di Fakultas Biologi FMIPA Laboratorium Mikrobiologi adalah seperti yang terdapat di bawah ini:
a. Cawan petri. b. Tabung Reaksi. c. Cultur escericia coli. d. Larutan MC Farland. e. H2O (Aquades). f. Larutan NaCl
g. PCA (Plate Count Agar)
j. Alkohol.
k. Gelas ukur 500ml l. spidol, kertas label. m. spatula
n. Beaker glass
3.2.2. Sampel
Sebagai objek pada penelitian ini adalah suatu mikroorganisme yaitu bakteri escherichia coli, yang telah dikulturkan sebelumnya di Laboratorium Mikrobiologi. Dalam pembuatan sampel dilakukan beberapa proses, seperti sterilisasi untuk menghindari kontaminasi, metode penghitungan bakteri melalui pengenceran, yang dilakukan di Fakultas Biologi FMIPA Laboratorium Mikrobiologi.
3.2.3. Penghitung Jumlah Koloni atau Colony Counter
Koloni bakteri adalah sekumpulan dari bakteri-bakteri yang sejenis yang mengelompok menjadi satu dan membentuk suatu koloni-koloni. Untuk mengetahui pertumbuhan suatu bakteri dapat dilakukan dengan menghitung jumlah koloni bakteri. Metode yang biasa digunakan adalah metode pour plate
atau hitung cawan. Metode ini mengasumsikan jumlah bakteri yang ditanam pada
suatu cawan sama dengan jumlah koloni pada cawan tersebut. Untuk memudahkan menghitung koloni yang berjumlah ratusan pada metode ini perhitungan dapat dilakukan dengan cara menghitung hanya seperempat pada bagian cawan dengan hasil perhitungan jumlah perhitungan tersebut dikalikan empat. Perhitungan pada metode ini juga dibantu dengan alat yang disebut Colony
Counter, setiap koloni yang ditandai maka counter akan menghitung alat
Gambar 3.1 Alat Penghitung Koloni
3.2.4 Pembangkit Medan Elektrik
Peralatan suatu pembangkit medan elektrik untuk membangkitkan suatu tegangan tinggi berpulsa dapat dilakukan dengan berbagai metoda, diantaranya adalah dengan mengumpan rangkaian RC dari suatu sumber tegangan tinggi
(Kerista, 2007). Dalam penelitian ini rangkaian yang dipergunakan adalah
generator impul atau rangkaian RLC.
Untuk memperoleh tegangan yang cukup tinggi, kV, dan lebar pulsa yang sangat sempit maka dapat dilakukan dengan cara mengatur besaran-besaran komponen pendukung suatu rangkaian, diantaranya adalah: Ototrafo, Test trafo, Dioda penyearah, Kapasitor C, Resistor Rp, Rs, L dan Ro serta pemicu sphere
gap, F. Sehingga tegangan out put pada Vo pada gambar (2.7) adalah sama
dengan pada persamaan (2-24). Rancangan secara elektronik pembangkit medan elektrik seperti pada gambar 3.2 berikut ini:
Gambar 3.2 Model Rangkaian Penelitian
Adapun sebagai objek dari penggunaan medan elektrik pada penelitian ini adalah suatu chamber, ruang sampel, yang terbuat dari bahan dielektrik yang berfungsi sebagai komponen kapasitor C.
Sesuai dengan prinsip dasar dari kapasitor C, dimana diantara kedua plat konduktor dibuat bahan dielektrik, lalu dalam penelitian ini yang menjadi objek pengamatan adalah bakteri escherichia coli yang merupakan sel, dan sel tersebut terdiri dari membran. Sel bakteri escherichia coli dalam penelitian ini diperlakukan sebagai bahan dielektrik.
Bahan elektroda yang terbuat dari stainless stell yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah seperti di bawah ini:
Gambar 3.3 Gambar Elektroda Terbuat Dari Stainless Stell
Ototrafo P L N Test Trafo elektroda Ruang sampel elektroda Rs Rp C F D Vo L Ro V Vdc
Dalam penelitian ini chamber atau ruang sampel didesain seperti gambar 3.4 dibawah ini.
Gambar 3.4 Chamber bentuk silinder
3.3. Prosedur Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan suatu prosedur kerja sebagai berikut: 1. Mempersiapkan sumber pembangkit tegangan tinggi dan rangkaian
pembentuk pulsa seperti rangkaian gambar 3.2
2. Membuat suatu chamber, wadah sedemikian rupa sebagai ruang sampel dan dilengkapi dengan elektroda yang terbuat dari stainless stell dengan ukuran lebih kecil dari wadah seperti gambar 3.3 dan gambar 3.4.
3. Mempersiapkan, menguji dan menganalisa generator tegangan tinggi, sphere gap dengan tegangan pemicu dan rangkaian pemulsa, RLC.
4. Memprediksi dan menghitung seberapa besar tegangan elektroda dan medan elektrik, E serta fluksi densitas, D yang bekerja dalam ruang sampel yang isotropik (homogen linier)
5. Memprediksi dan menentukan seberapa besar medan elektrik dapat mempengaruhi peningkatan potensial yang dialami membran sel di dalam ruang sampel.
6. Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah bakteri
7. Melakukan eksperimen untuk melihat efek variasi tegangan dengan
set-up sebagai berikut:
Dengan cara bakteri escherichia coli yang berada dalam media air dimasukan kedalam chamber dengan volume 10 ml, lalu ditutup dengan menggunakan bahan acrylic atau bahan dielectrik. Chamber tersebut diletakkan diantara kedua elektroda lalu
diberikan tegangan mulai dari 20 kV, 40 kV, 50 kV, 55 kV kemudian diamati dengan memasukkan bakteri yang telah diberikan perlakuan didalam petri sehingga terlihat bacteri yang bertahan hidup. Setelah diamati lalu dibandingkan dengan kontrol didalam cawan petri, dan jumlah koloni dihitung dengan menggunakan colony counter atau penghitung jumlah koloni. Dan
flow chart penelitian dibuat dalam lampiran.
3.4. Distribusi Potensial Dalam Ruang Sampel
Distribusi potensial, V dan medan elektrik, E di dalam ruang sampel yang homogen dapat dianggap serba sama asalkan efek fringging pada tepi kedua elektroda diabaikan. Ruang sampel dua dimensi berikut ini dimodelkan sebagai sebuah kapasitor plat sejajar. Dengan demikian, distribusi potensial, V adalah sesuai dengan persaman (2-2).
Distribusi dari kedua besaran V dan E dalam model ruang sampel yang berisi bahan dielektrik homogen dapat digambarkan seperti matrik pada Gambar 3.5 sebagai berikut:
Gambar 3.5 Distribusi Garis Ekuipotensial,V Medan Elektrik,E Ruang Sampel.
Garis equipotensial, V
Garis medan elektrik, E D
+V
Apabila salah satu elemen matrik pada ruang sampel dalam garis
ekuipotensial V dan garis medan E seperti pada gambar 3.5 diatas, diasumsikan
sebagai suatu kapasitor C dengan suatu bahan dielektrik, dalam hal ini campuran air homogen dengan mikroorganisme, membran sel syaraf di dalam suatu media dielektrik, maka akan terjadi peningkatan potensial pada membran syaraf tersebut.
Mikroorganisme bakteri escherichia coli yang terdiri dari membran sel di dalam suatu media dielektrik, akan mengalami peningkatan potensial pada keseluruhan media yang terdapat dalam pengaruh medan elektrik yang terdapat dalam ruang sampel tersebut. Situasi ini diperlihatkan yang dialami di bawah medan elektrik seperti Gambar 3.6 berikut.
Gambar 3.6 Model Ruang Sampel
Dari gambar 3.6 di atas, kuat medan elektrik, E dan densitas fluks, D di dalam ruang sampel diakibatkan oleh perbedaan potensial elektroda, Velek, sehingga terjadi peningkatan potensial pada membran sel sebanding dengan lapisan membran pada bakteri escherichia coli.
Umumnya setiap organisme mempunyai karakteristik yang spesifik, baik ukuran, jari-jari, potensial membran normal dan dielektrik relatif sel yang berbeda-beda.
Untuk spesifikasi model ruang sampel seperti gambar 3.6, dimana bentuk ruang yang dibuat adalah bentuk silinder dengan ukuran yang dibuat adalah, diameter 28 mm, tinggi 19 mm dan ketebalan bahan material dielektrik dari
acrylic 2mm (dielectric strength = 500 V/mm)
SEL Elektroda, +V isolator larutan larutan Isolator Elektroda, -V
E
S
D
L
L
3.5. Faktor Peningkatan Potensial Membran Sel
Peningkatan potensial pada membran sel disebabkan perbedaan potensial,
V yang diberikan diantara kedua elektroda dan timbulnya medan elektrik, E
Peningkatan potensial membran sel, dalam hal ini, diasumsikan sesuai dengan formulasi empiris pada persamaan (2-35), (Lebovka et.al.,2004).
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Adapun penelitian dari efek medan elektrik terhadap membran sel pada bakteri Escherichia coli yang dilakukan adalah berdasarkan metoda medan elektrik, peralatan modifikasi dan elektroda yang terbuat dari stainless stell yang dibuat ukuranya lebih kecil dari chamber seperti gambar 3.3 Kemudian modifikasi untuk ruang sampel adalah seperti gambar 3.4.
Prosedur penelitian dilakukan seperti pada subbab 3.3, sehingga dapat ditentukan hubungan potensial tegangan tinggi impuls pada ruang sampel Velektroda, Velek, dengan intensitas medan elektrik dan akibatnya terhadap potensial transmembran sel pada bakteri escherichia coli. Adapun hasil dan pembahasan penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut: .
4.1. Data Hasil Penelitian
Data dari hasil penelitian yang dilakukan terhadap objek membran sel pada bakteri escherichia coli, yang diperoleh berdasarkan model rangkaian penelitian, dimana untuk setiap kenaikan tegangan adalah proporsional terhadap peningkatan intensitas medan elektrik.
Sedangkan efek intensitas medan elektrik yang diatur dengan peningkatan tegangan terhadap potensial transmembran sel pada bakteri escherichia coli, dilakukan pengamatan pada cawan petri dan penghitungan jumlah bakteri
escherichia coli yang bertahan hidup dengan menggunakan penghitung koloni
atau colony count.
Adapun perlakuan tegangan yang dimulai dari 20 kV, 40kV 50kV dan 55kV yang proporsional dengan peningkatan intensitas medan elektrik terhadap peningkatan potensial transmembran sel adalah karena pada tegangan tersebut diperkirakan membran sel telah mengalami rupture sesuai dengan persamaan dan kondisi kritis sel di atas 1,4 volt, dan untuk melihat bahwa terjadinya efek adalah seperti data pada tabel 4.2. berikut ini.
Tabel 4.1 Data Pengendalian Tegangan Vin Dan Velek Dan Efek Medan Elektrik Terhadap Escherichia coli
No (kV) Colony Forming Unit (CFU)
1 20 331 2 20 318 3 20 307 4 40 330 5 40 290 6 40 279 7 50 293 8 50 240 9 50 232 10 55 243 11 55 212 12 55 225
T = 230C, P = 760 mmHg, n=3 kali perulangan, t = µs, jumlah bakteri= 400 koloni, dc= 0,5, Media air, wadah sampel = petri, lama perlakuan <15 menit.
4.2. Data Foto Dengan Variasi Tegangan
Data dari hasil penelitian dengan variasi tegangan yang proporsional dengan medan elektrik, E pada elektroda seperti pada tabel 4.1 dan foto seperti pada gambar berikut ini.
Gambar 4.1 Bakteri Escherichia Coli di dalam Petri Sebagai Kontrol Dari data penelitian di dalam cawan petri yang dbandingkan dengan variasi tegangan mulai dari 20 kV, 40kV, 50kV dan 55 kv dapat dilihat pada gambar 4.2 sebagai berikut.
Gambar 4.2 Perbandingan Jumlah Koloni Bakteri Escherichia Coli di dalam Petri Variasi Tegangan 20 kV, 40kV, 50kV, 55kV.
Dari data gambar 4.1 adalah kontrol yang digunakan sebagai acuan untuk membandingkan dengan data yang lain yang diberikan perlakuan.
Gambar 4.4 Bakteri Escherichia Coli di dalam Petri Tegangan 40 kV
Gambar 4.6 Bakteri Escherichia Coli di dalam Petri Tegangan 55 kV
4.3. Analisa Data Penelitian Objek
Dari data pada tabel 4.1 dan foto bakteri escherichia coli mulai dari gambar 4.1 sampai dengan 4.5 dalam cawan petri menggambarkan adanya perubahan jumlah bakteri yang bertahan hidup.
Perubahan yang terjadi terhadap jumlah bakteri escherichia coli yang bertahan hidup disebabkan oleh pengaruh perubahan potensial yang proporsional terhadap peningkatan intensitas medan elektrik di dalam chamber. Chamber yang berisi objek penelitian yakni bakteri escherichia coli terdiri dari membran sel bersifat sebagai bahan isolator dan lapisan bilayer yang terdiri dari lemak dan protein yang berfungsi untuk mengatur keluar masuknya zat yang berperan dalam aktivasi sel, hereditas dan kelangsungan hidup sel.
Membran sel yang dipengaruhi oleh medan elektrik sampai pada tingkat potensial transmembran kritis akan mengubah sifat isolator membran menjadi konduktor, dan yang terjadi adalah terciptanya pori baru yang dapat dilalui oleh ion-ion dengan bebas tanpa selektifitas membran sel dalam menjaga pengaruh luar sel yang dapat merusak membran sel, yang dapat menghentikan kehidupan sel dan sel menjadi tidak normal dan rusak sehingga mengakibatkan kematian bakteri
escherichia coli. Potensial transmembran sel pada tingkat kritis karena pengaruh
ion-elektrik, E yang kuat sehingga secara kimia, muatan atau ion-ion negatif di dalam membran keluar dari dalam membran dan sebaliknya, reorient, terjadi kreasi pore
hydrophylic sehingga dapat menghantarkan medan listrik yang menyebabkan
membran sel irreversibel.
Hal ini menunjukkan bahwa kekuatan dielektrik (membran sel) yang berisi material lipoprotein dan karbohidrat telah rusak atau terjadi pemaksaan sifat dari material atau bahan dielektrik (isolator) menjadi konduktor, akibatnya metabolisma dan potensial tubuh sebagai energi aktivasi pada saraf menjadi terhenti, mati. Gambar 4.6 reorient ion-ion, (A) normal, (B) ionisasi (C) reorient pada membran adalah seperti gambar berikut.
Gambar 4.7. Skema Reorient Ion-Ion
Peningkatan potensial elektroda proporsional dengan peningkatan intensitas medan elektrik E, yang mengakibatkan peningkatan potensial pada membran sel, dimana potensial transmembran di atas 1,4 volt akan mengakibatkan kondisi kritis pada sel atau terjadinya kerusakan pada membran sel.
Jumlah bakteri escherichia coli yang bertahan hidup berkurang ketika intensitas medan elektrik diberikan lebih tinggi, dengan proses ionisasi lebih tinggi dan peningkatan konsentrasi ion-ion pada membran sel juga meningkat sesuai dengan potensi Nernst. Dari tabel 4.1 didapatkan efek perubahan tegangan terhadap penurunan jumlah koloni bakteri escherichia coli yang bertahan hidup, dapat dilihat seperti grafik 4.7 sebagai berikut.
Gambar 4.8 Grafik Jumlah Bakteri yang bertahan hidup
Dari grafik di atas menunjukkan bahwa efek perubahan peningkatan tegangan mempengaruhi jumlah yang bertahan hidup semakin berkurang. Pengurangan ini dikarenakan oleh setiap peningkatan tegangan akan proporsional terhadap intensitas medan elektrik dan peningkatan potensial transmembran sel. Dimana peningkatan potensial sampai pada tingkat kritis akan mengakibatkan kerusakan membran sel dan berakhir kematian sel dan bakteri escherichia coli. Hubungan peningkatan tegangan terhadap intensitas medan elektrik dapat dilihat pada gambar 4.15.
Dengan menggunakan persamaan 2.2 didapatkan hubungan antara tegangan dan intensitas medan elektrik. Nilai intensitas medan elektrik dari perubahan tegangan yang diberikan dapat diperoleh berdasarkan ukuran chamber yang dibuat. Nilai-nilai perubahan intensitas medan elektrik dari perubahan tegangan yang diberikan, dan dapat dilihat pada tabel 4.2 sebagai berikut.
y = -3,0533x + 391,49 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 10 20 30 40 50 60 CF U (C ol on y Fo rm in g U ni t) Tegangan, kV
Tabel 4.2 Hubungan Tegangan dan Medan Elektrik
No Tegangan (Kilo volt) Medan Elektrik, E (kV/cm)
1 20 10,53
2 40 21,09
3 50 26,31
4 55 28,9
Dari tabel 4.2 yaitu hubungan antara tegangan dan intensitas medan elektrik dapat dilihat bahwa setiap kenaikan tegangan proporsional dengan kenaikan intensitas medan elektrik. Pada penelitian ini tegangan yang diberikan terhada p sampel adalah mulai dari tegangan 20 kV, 40 kV, 50 kV dan 55 kV, dari pemberian tegangan akan mengakibatkan terjadinya medan elektrik di dalam
chamber.
Medan elektrik yang dihasilkan adalah mulai dari 20kV/19mm, 40kV/19mm, 50kV/19mm dan 55kV/19mm. Medan elektrik yang dihasilkan akan mengakibatkan terjadinya perubahan potensial transmembran sel, dan perubahan potensial transmembran ini akan mempengaruhi proses yang terjadi dalam aktifitas membran sel. Dimana aktifitas membran sel dipengaruhi oleh kondisi lingkungan.
Kondisi normal pada potensial membran sel adalah antara 0,14 Volt sampai dengan 1,4 Volt. Pada kondisi normal potensial membran sel aktifitas membran sel didalam menyeleksi atau sebagai pengatur lalu lintas zat keluar masuk sel akan berjalan dengan baik, dan sel akan baik.
Dari Tabel 4.2 didapatkan hasil bahwa perobahan tegangan proporsianal dengan kenaikan intensitas medan elektrik, kenaikan intensitas medan elektrik akibat perubahan tegangan tersebut dapat ditunjukkan pada grafik 4.8 sebagai berikut.
Gambar 4.9 Grafik hubungan tegangan dengan medan elektrik
Dari grafik hubungan antara tegangan dan intensitas medan elektrik dapat menunjukkan bahwa setiap peningkatan tegangan akan meningkatkan intensitas medan elektrik.
Dari persamaan 2.35 dapat ditentukan hubungan antara potensial transmembran, ΔVs dengan medan elektrik, E. Potensial transmembran akan dipengaruhi oleh intensitas medan elektrik, sedangkan peningkatan medan elektrik adalah karena peningkatan tegangan.
Peningkatan intensitas medan elektrik yang mengakibatkan peningkatan potensial transmembran sel dapat dilihat pada tabel 4.3 sebagai berikut:
Tabel 4.3 Hubungan Potensial Transmembran (Volt) dengan Medan Elektrik (E)
No Potensial Transmembran, ΔVs(Volt) Medan Elektrik,E kV/cm
1 1,97 10,53 2 3,94 21,09 3 4,93 26,31 4 5,43 28, 20 40 50 55 y = 1,8915x + 0,6631 0 10 20 30 40 50 60 70 0 5 10 15 20 25 30 35 te ga ng an ,V Medan elektrik, E (kV/cm)
Dari tabel 4.3 dapat dilihat bahwa hubungan antara intensitas medan elektrik dan potensial transmembran adalah proporsional, dimana untuk setiap kenaikan intensitas medan elektrik akan meningkatkan potensial membran sel. Sedangkan peningkatan potensial transmembran sampai pada tingkat kritis akan berakibat terhadap membran sel, dimana membran sel akan mengakibatkan reduksi ketebalan, akan terjadi pengecilan pada membran sel dan menyebabkan terjadinya peningkatan kreasi pore hydrophylic pada lipid bilayer sehingga terjadi kebocoran, akibat dari kebocoran maka akan mengakibatkan depolarisasi dan peningkatan konsentrasi ion-ion positip di dalam dan ion-ion positip di dalam dan ion-ion negatif keluar dari membran sel.
Membran sel yang mengalami rupture disebabkan oleh karena kondisi potensial membran sel diatas 1,4 volt, kondisi ini adalah bahwa sel telah mengalami kegagalan fungsi membran sel, membran sel yang sebelumnya berfungsi untuk memisahkan, mengatur, menyeleksi keluar masuknya unsur-unsur yang berpengaruh terhadap kelangsungan hidup sel, pada kondisi kritis akan mengakibatkan sel menjadi tidak beerfungsi dan mempengaruhi kelangsungan hidup sel. Dengan keadaan sedemikian maka yang terjadi adalah kematian sel atau kematian bakteri escherichia coli.
Dari tabel 4.3 dapat ditunjukkan hubungan antara intensitas medan elektrik dengan kenaikan potensial transmembran. Dimana setiap kenaikan intensitas medan elektrik akan menaikkan potensial transmembran, grafik hubungan kenaikan intensitas dan peningkatan potensial transmembran sel dapat digambarkan seperti pada grafik 4.9 sebagai berikut.
Gambar 4.10 Grafik Hubungan Medan Elektrik,E Potensial Transmembran sel Dari grafik hubungan antara intensitas medan elektrik dengan potensial transmembran sel di atas didapatkan bahwa setiap kenaikan intensitas medan elektrik akan berpengaruh terhadap kenaikan potensial transmembran sel. Potensial transmembran sel adalah potensial atau tegangan yang terdapat dalam sel.
4. 4. Analisa Rupture Pada Lipid Bilayer.
Dari data tegangan yang diberikan, diawali dengan tegangan 20kV, 40kV, 50 kV dan 55kV bila dibandingkan dengan kontrol telah terjadi efek breakdown,
rupture, kerusakan bahan dielektrik membran sel bakteri escherichia coli.
Sesuai dengan persamaan (2-35), diameter membran sel 0,5µm dapat dibuktikan dalam kondisi normal yaitu ΔVs=0,4V dan dalam kondisi kritis ΔVs>1,4V.
Menurut teori bahwa dielektrik rupture terjadinya pemecahan dinding membran sel sehingga terjadi penonaktifan mikroorganisme, dimana peningkatan potensial transmembran dengan perturbasi medan elektrik dapat mengakibatkan efek merusak, dan mereduksi ketebalan dinding sel (Fan, et al., 2006),
10,53 21,09 26,31 28,9 y = 5,3154x + 0,0873 0 5 10 15 20 25 30 35 0 1 2 3 4 5 6 M ed an el ek tr ik ,E (k V/ cm ) Potensial Transmembran, ΔVs (v)
ΔVs= 0,75 dc E Cos θ
Jika harga medan elektrik, E pada perlakuan mulai dari 20kV/19mm, 40kV/19mm 50kV/19mm dan 55kV/19mm diuji untuk membuktikan kondisi kritis membran (θ=600) maka diperoleh:
E = ∆௦
,ହ௦ఏௗ, untuk E = 20kV maka:
∆ܸݏ = 0,75. Cos600
.0,5µm.20kV/19mm = 1,97 V.
Untuk E = 40kV/19mm maka ∆ܸݏ = 2x 1,97V = 3,94V, E = 50kV/19mm maka ∆ܸݏ = 4,93V dan E = 55kV/19mm maka ∆ܸݏ = 5,43V jika dilihat nilai ∆ܸݏ diatas maka semua nilainya diatas kondisi kritis atau sel membran telah mengalami rupture.
Kondisi ini dapat dijelaskan bahwa terjadi kondisi rupture adalah apabila intensitas medan elektrik yang sangat kuat, melebihi potensi kritis transmembran yang akan mengakibatkan reduksi ketebalan, mengecil pada membran dan menyebabkan terjadinya peningkatan kreasi pore hydrophylic pada Lipid Bilayer
sehingga terjadi kebocoran, rusak, rupture, sehingga arus lisrik mengalir dan
akhinya memmbran menjadi irreversibel. Akibat terjadi kebocoran maka zat-zat kimia di dalam membran keluar sehingga escherichia coli mati. Dan bila dibandingkan dengan penelitian terdahulu sesuai dengan model simulasi untuk bakteri umumnya berkisar 25 kV (Tarigan K, 2008)
4.5. Analisa Rangkaian RLC
Rangkaian pembentuk pulsa impuls umumnya dapat dibangun dengan berbagai bentuk rangkaian seperti, rangkaian generator impuls RC, RLC, MARX dan sebagainya.
Dalam penelitian ini rangkaian generator impuls adalah dengan menggunakan rangkaian RLC. Generator ini membutuhkan tegangan tinggi DC yang tegangan keluarannya dapat diatur, dan yang dipergunakan dalam penelitian ini memiliki karakteristik dengan proses pelepasan muatan dalam waktu yang sangat singkat, sebab yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah tegangan tinggi
DC dapat mencapai target atau membran sel dalam waktu yang sangat singkat yaitu mikrodetik.
Dari gambar 3.2, rangkaian generator ini membutuhkan tegangan tinggi DC, dimana tegangan tinggi DC dihasilkan dari penyearah atau dioda yang tegangan keluarannya dapat diatur. Generator pembangkait impuls ini dilengkapi dengan sela picu F. Sumber tegangan tinggi DC yang melalui resistor RP akan mengisi kapasitor pemuat C, misalnya dalam hal rangkaian ini tegangan kapasitor pemuatnya sebesar V. Jika sela picu diopersikan, maka sela elektroda F terhubung singkat dalam waktu yang sangat singkat. Melalui sela picu ini muatan kapasitor
C dilepaskan ke rangkaian Rs, L, dan R0. Nilai resistor Rp dibuat besar untuk
menghambat muatan yang datang dari sumber tegangan tinggi DC selama proses pelepasan muatan dari kapasitor C berlangsung.
Karena pelepasan muatan dari kapasitor muatan C berlangsung dalam waktu yang sangat singkat dan nilai resistor Rp dibuat besar, maka muatan yang
datang dari sumber tegangan DC dapat dianggap tidak ada. Karena itu selama proses pelepasan muatan, tidak ada muatan yang sempat mengisi kapasitor muatan C. Artinya, hanya muatan pada kapasitor pemuat C yang dilepaskan ke rangkaian Rs, L, dan R0.
Dari gambar 2.7 rangkaian Ekuivalen Generator Setelah Sela Picu Bekerja nilai R, L dan C dapat diatur, tegangan keluaran generator sama dengan tegangan pada resistor R0yaitu
V0 = i R0
Bentuk gelombang yang dihasilkan persamaan 2-19 ditunjukkan pada gambar 2.8. Dari gambar 2.8 dapat ditentukan lebar pulsa yaitu, mencari titik P pada muka gelombang yang menunjukkan tegangan pulsa sama dengan 0,3 kali tegangan puncak Vmaks, karena titik acuan waktu untuk tegangan pulsa petir tidak sama dengan nol. Lalu dicari titik Q pada muka gelombang yang menunjukkan tegangan pulsa sama dengan 0,9 kali tegangan puncak Vmaks. Lalu ditarik garis lurus dari titik P ke titik Q sehingga memotong sumbu waktu. Titik potong garis ini dengan sumbu waktu adalah titik acuan waktu pulsa.
Suatu tegangan pulsa dinyatakan dengan tiga besaran, yaitu tegangan puncak Vmaks, waktu muka Tf , dan waktu ekor Tt . Dan Tt adalah lamanya
berlangsung impuls hubung buka dengan nilai tegangan lebih besar daripada 0,9Vmaks. Beberapa negara telah membakukan waktu muka dan waktu ekor ini. Menurut IEC, waktu muka dan waktu ekor untuk tegangan impuls petir adalah;
Tf x Tt = 1,2 x 50µs sedangkan waktu muka dan waktu ekor untuk tegangan
impuls hubung buka adalah Tfx Tt= 1,2 x 50µs.
Untuk nilai waktu mencapai tegangan maksimum diperoleh dengan membuat turunan pertama persamaan 2-19 sama dengan nol (dV/dt=0), hasilnya adalah:
ܶ= ఈభିଵିఈమlnమభ
Nilai Tf ini disubstitusikan ke dalam persamaan 2-19 yang menghasilkan
ܸ ௦=ோோ(ఈబ(ఈమିఈమାఈభ)భߝ
ഀభ
ഀభషഀమ୪୬ಉమಉభ −ߝഀభషഀమഀమ ୪୬ಉమಉభ
Sedangkan untuk menetukan nilai R, L dan C adalah sebagai berikut. Dalam merencanakan suatu generator impuls, terlebih dahulu ditentukan spesifikasi tegangan keluarannya yaitu tegangan puncak (Vmaks), waktu muka
gelombang Tf dan waktu ekor gelombang Tt. Disamping itu, ditentukan juga
kapasitasnya (W) dan efesiensi tegangan generator (ߟ) yang diinginkan.
Dengan diketahuinya semua spesifikasi di atas, besarnya komponen R, L dan C dapat ditentukan. Kapasitas generator impuls dinyatakan sebagai energi yang tersimpan pada kapasitor pemuat, yaitu:
ݓ =ଵଶܥܸଶ= ଵ ଶܥ(
ೌೖೞ
ఎ )ଶ
Dari persamaan 2-25 ini besar kapasitansi kapasitor pemuat C dapat dihitung. Persamaan 2-22 menyatakan bahwa waktu muka gelombang tegangan adalah
ܶ =ఈభିଵିఈమlnమభ.
Salah satu instrumen dasar untuk menganalisa besaran – besaran dalam kelistrikan seperti mengukur tegangan puncak dan lebar pulsa (pulse width)
adalah dengan menggunakan osiloskop. Berikut ini adalah foto gambar osiloskop yang menggambarkan pulsa.
Gambar 4.11 osiloskop dan grafik pulsa.
Osiloskop merupakan rangkaian alat untuk pengukuran dan analisa bentuk gelombang serta gejala lain dalam rangkaian elektronik dengan memanfaatkan masukan berupa sinyal-sinyal listrik.
Tegangan adalah besaran beda potensial listrik, dinyatakan dalam volts antara dua titik rangkaian. Tegangan diukur dari puncak kepuncak yaitu dari dari titik puncak maksimum ke titik puncak minimum. Pengukuran tegangan dilakukan dengan menghitung jumlah pembagi yang meliputi muka gelombang pada bagian skala vertikal. Sinyal dapat diatur dengan mengubah–ubah kontrol vertikal dan pengukuran terbaik dalam skala volts/div. Untuk mengukur amplitudo puncak ke puncak sinyal sinus menggunakan rumus dibawah ini
Vpp = (jumlah div arah vertikal) x (Volts/div)
Pada saat pengukuran waktu dengan menggunakan skala horizontal pada osiloskop, dapat diukur lebar pulsa, perioda dan waktu dari pulsa.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Dari data yang didapat pada penelitian ini dan dari hasil analisa yang diperoleh maka dapat diambil kesimpulan dan saran sebagai berikut.
5.1. Kesimpulan
1. Dari perlakuan yang diberikan terhadap objek penelitian mulai dari tegangan 20 kV hingga tegangan 55kV sesuai dengan gambar 4.2 sampai dengan gambar 4.5 dengan intensitas medan elektrik 10.53kV/cm, 21,09kV/cm, 26,31kV/cm dan 28,9 kV/cm terjadinya efek medan elektrik pada tingkat molekuler, dimana efek dari intensitas medan elektrik mengakibatkan peningkatan potensial kritis transmembran sel mengakibatkan reduksi ketebalan, mengecil pada membran sel dan menyebabkan terjadinya peningkatan kreasi pore hydrophylic pada Lipid
Bilayer sehingga terjadi kebocoran, rusak, rupture.
2. Efek medan elektrik pada kondisi kritis dimana potensial transmembran lebih besar dari 1,4kV akan mengakibatkan pengaruh terhadap membran sel dan akan mengalami rupture dan kematian sel bakteri escherichia coli.
5.2. Saran
Oleh karena keterbatasan penulis, penelitian ini dilakukan pada membran sel bakteri dengan menggunakan medan elektrik, maka diperlukan suatu penelitian tentang aplikasi medan elektrik pada kanker, yang mana merupakan sasaran penulis.
