Fenny Irawati, S.Si., M.Si.
Tren penderita Diabetes Mellitus (DM) saat ini
• Penyakit kronispankreas tidak menghasilkan cukup insulin/tubuh tidak dapat menggunakan insulin yang dihasilkannya secara efektif.
• 3 tipe: 1. tergantung insulin (IDDM) 2. tidak tergantung insulin (non IDDM)
3. diabetes karena kehamilan (gestational diabetes)
• Efek jangka panjang: kerusakan jantung, pembuluh darah, mata, ginjal, saraf serta kematian dini
Elektroda enzim Clarck
Elektroda Enzim adalah jenis biosensor yang menggunakan enzim sebagai komponen biologis.
Elektroda enzim terdiri dari sebuah sensor elektrokimia yang berhubungan dengan membran enzim tipis yang semipermeabel. Enzim tertanam terletak di membran menghasilkan produk, seperti ion H+, oksigen (O2), ion NH4+, karbon dioksida (CO2) atau bahkan molekul kecil lainnya tergantung pada reaksi enzimatik.
Perangkat ini dihubungkan dengan probe elektrokimia.
Bentuk output dari device ini dapat berupa arus (amperometric), tegangan (potentiometric) atau konduktivitas
Analit, glukosa, berdifusi melalui membran dialisis untuk mencapai enzim yang terperangkap, glukosa oksidase, yang ditempatkan sangat dekat dengan permukaan platina elektroda . Dengan keberadaan enzim dan oksigen, analit memproduksi asam glukuronat dan hidrogen peroksida. Monitoring penurunan konsentrasi oksigen memungkinkan untuk menentukan konsentrasi glukosa dari bagian muka luar membran dialisis. Dalam hal ini, oksigen berkurang pada logam elektrode terpolarisasi dengan potensial konstan, dan arus yang mengalir dalam sel adalah sebanding dengan konsentrasi oksigen dalam larutan.
Father of the Biosensor
Professor Leland C Clark Jnr.
1918–2005
1916 First report on immobilization of proteins: adsorption of invertase on activated charcoal
1922 First glass pH electrode
1956 Clark published his definitive paper on the oxygen electrode.
1962 First description of a biosensor: an amperometric enzyme electrodre for glucose (Clark)
1969 Guilbault and Montalvo – First potentiometric biosensor:urease immobilized on an ammonia electrode to detect urea
1970 Bergveld – ion selective Field Effect Transistor (ISFET)
1975 Lubbers and Opitz described a fibre-optic sensor with immobilized indicator to measure carbon dioxide or oxygen.
History of Biosensors
1975 First commercial biosensor (Yellow springs Instruments glucose biosensor)
1975 First microbe based biosensor, First immunosensor 1976 First bedside artificial pancreas (Miles)
1980 First fibre optic pH sensor for in vivo blood gases (Peterson) 1982 First fibre optic-based biosensor for glucose
1983 First surface plasmon resonance (SPR) immunosensor
1984 First mediated amperometric biosensor: ferrocene used with glucose oxidase for glucose detection
History of Biosensors
1987 Blood-glucose biosensor launched by MediSense ExacTech 1990 SPR based biosensor by Pharmacia BIACore
1992 Hand held blood biosensor by i-STAT 1996 Launching of Glucocard
1998 Blood glucose biosensor launch by LifeScan FastTake
1998 Roche Diagnostics by Merger of Roche and Boehringer mannheim Current Quantom dots, nanoparticles, nanowire, nanotube, etc.
History of Biosensors
1.
2. HbA1c
3. Autoimmune marker:
a. ICAs (islet cell autoantibodies)
b. IAAs (insulin asssociated autoantibodies)
c. GADs (antibodies to glutamic acid decarboxylase-anti GAD65)
DETEKSI DINI ALAT PENDETEKSI DM:
???
GAD
65 autoantigen yang dikenali oleh autoantibodi (anti-GAD antibodi) dalam serum darah pasien IDDM.
sangat penting untuk prediksi, diagnosis, dan pemantauan IDDM.
Anti-GAD antibodi dideteksi dengan uji ELISA (enzyme-
linked immunosorbent assay) atau RIA
(radioimmunoassay) tidak mudah dilakukan dan
memakan waktu
Imunosensor
(Kumar, 2000)
SENSOR QCM
Dibuat dari kristal kuarsa (SiO2) dengan sudut potong 35°15“(AT-Cut)
Stabilitas frekuensi tinggi
Dipergunakan dalam rangkaian osilator perangkat elektronik Memiliki ketergantungan frekuensi terhadap massa/viskositas
Quartz is crystalline silica (SiO2) at temperatures below 870°C
Figure 1 – The Natural Form of Quartz
Figure 2 – The -quartz crystal lattice structure
A m f f
q q
2
2 0
q q
l
l f l
f
2 / 3
0
Sauerbrey
Kanazawa - Gordon
q q
L L q
q
A f m f f
2 / 3 0 2
2 0
f : perubahan frekuensi pada kristal yang berosilasi f0 : fundamental frequency (series resonance) l : cairan
q : kristal
m : massa terdeposisi di permukaan A : luas elektroda
: rapat massa
: viskositas
: modulus geser
C o a tin g th ic k n e s s A d s o rb a te
L iq u id
- d e n s ity (L) - v is c o s ity (L) - c o n d u c tiv ity (GL)
+ D riv in g o s c illa to r P r e s s u r e
Q u a rtz D is c S u rf a c e ro u g h n e s s
H y d r o p h o b ic ity C o u p lin g
S lip
The mass is calculated from a frequency change on the quartz due to the deposited material
A complicated formula is used and the display shows only the mass of the deposited material
Errors occur because of the instrument’s inability to distinguish between a frequency change due to the deposited mass or other disturbances such as stress changes or temperature
21
Data perubahan frekuensi pada sensor QCM yang diimmobilisasi dengan anti_anti GAD65 (konsentrasi 0,6 mg/mL) ketika diinjeksi dengan anti GAD65.
Contoh aplikasi:
Reaksi imunologi antara anti_anti GAD
65dan anti GAD
65[anti GAD65] /
mg/mL
0,05 0,1 0,2 0,6 1 1,4 1,8
/ Hz 0 0 -9 -10 -13 -19 -29
0 0 3 9 9 8 10
Data perubahan massa pada sensor QCM yang diimmobilisasi dengan anti_anti GAD65(konsentrasi 0,6 mg/mL) ketika diinjeksi dengan anti GAD65.
[anti GAD65] /
mg/mL
0,05 0,1 0,2 0,6 1 1,4 1,8
/ ng 0 0 7 8 11 16 24
0 0 2 7 8 7 8
m
Contoh aplikasi:
Reaksi imunologi antara anti_anti GAD
65dan anti GAD
65Contoh grafik perubahan frekuensi sensor QCM ketika terjadi reaksi imunologi antara antibodi dan antigen
9985540 9985550 9985560 9985570 9985580 9985590 9985600
850 1350 1850 2350 2850 3350
Ab 0.6 mg/ml - Ag 0.2 mg/ml
f =10 Hz