11. Aminuddin Debataraja, Nur Fauzi Soelaiman dan Hiskia.

JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 2, NO. 1, MARET 2011: 55-60Fabrikasi Elektroda Amperometrik Sensor dengan Metode TeknologiScreen Tension dan Deflection Thick FilmAminuddin Debataraja 1* , Nur Fauzi Soelaiman 1 , dan Hiskia 21. Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Jakarta, Depok 16425, Indonesia2. Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi, LIPI, Bandung 40135, Indonesia* E-mail: adebataraja@yahoo.comAbstrakScreen printing atau teknologi film tebal merupakan suatu metoda yang digunakan untuk memproduksi secara masalbiosensor elektrokimia untuk bidang kesehatan, lingkungan, dan industri obat-obatan. Pada tulisan ini dipaparkanproses pembuatan biosensor kolesterol yang meliputi tahapan desain dan fabrikasi dengan teknik screen printing.Biosensor kolesterol ini berbasis amperometrik yang terdiri dari 3 (tiga) buah elektroda, yaitu elektroda working,reference, dan counter yang difabrikasi dengan teknologi screen printing. Pemilihan material atau bahan untuk biocomponentdan membran serta metoda imobilisasi juga dijelaskan secara singkat. Biosensor yang dibuat ini untukdeteksi kadar kolesterol, di mana diharapkan nantinya bisa digunakan sebagai dasar untuk pengembangan biosensorjenis lainnya.AbstractFabrication of Amperometric Electrodes with Screen Tension and Deflection Thick Film Methods. Screenprinting or thick film technology represents an attractive approach for the mass production of miniaturizedelectrochemical biosensors for biomedical, environmental, and drug industries. This paper describes the use of thickfilm technology in the design and fabrication of biosensors cholesterol. An amperometric cholesterol biosensor basedon a three electrodes (counter, reference, and working) planar configuration was fabricated using thick film technology.Materials used for the immobilization of biological elements and membrane materials are also briefly described. Thebiosensor developed initially to determine cholesterol, with later application to others analytes.Keywords: amperometry, biosensor, cholesterol, screen printing, thick film1. PendahuluanBiosensor adalah metode analisis dengan menggunakankomponen biologi aktif yang diintegrasikan denganperalatan elektronik untuk menentukan kadar suatusenyawa [1-2]. Teknik analisis dengan biosensor sangatmenarik dikembangkan karena selektifitas dan akurasipendekatannya yang dinilai cukup handal dan bahkanmempunyai prospek ekonomi yang cukup besar.Biosensor juga merupakan instrumen analisis yangsangat penting, karena dapat menentukan kadarsenyawa konsentrasi yang sangat rendah, seperti ppm,ppb, dan ppt.Beberapa tahun terakhir ini, pengembangan biosensorbanyak mendapat perhatian dan aplikasinya juga sudahmemasuki dunia bisnis, terutama dengan tersedianyateknologi mikroelektronika yang sangat pesatmemungkinkan terciptanya biosensor berukuran kecil,sensitif, akurat dan diproduksi dengan biaya murah (lowcost) bahkan sudah ada yang digunakan sebagaiperalatan pribadi. Lebih jauh lagi dengan kemajuanteknologi nano (nanotechnology) dan microelectromechanicalsystem (MEMS) dapat dihasilkan sistemmikrosensor yang terintegrasi dalam sebuah keping(chip) atau substrat yang berukuran skala mikro ataunano dengan tujuan untuk mempercepat proses analisis,mengurangi volume sample dan reagent serta menekanbiaya produksi menjadi sekecil mungkin [3-4].Diprediksi di masa mendatang teknologi MEMS dannano akan memegang peranan penting pada berbagaibidang industri.55

JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 2, NO. 1, MARET 2011: 55-60 57Cholesterol esters + H 2Ocholesterol esterasefatty acids + cholesterolcholesterol oxidaseCholesterol + O 2cholestenon + H 2O 2ReferenceElectrodeCounterElectrodeEnzymeLapisanencapsulasiWorkingElectrodeGambar 3. Desain Layout dan Penampang Sensor KolesterolGambar 4. Masker, (a) Working dan Counter Electrode, (b) Masker Reference Electrode, (c) Masker Encapsulasi2. Metode PenelitianTeknologi thick film (TFT) merupakan salah satu bagiandari teknologi proses mikroelektronika untuk fabrikasikomponen komponen elektronika secara screenprinting.Sejak petengahan tahun 1960, teknologi prosesthick film telah digunakan untuk meminiaturisasi suaturangkaian elektronika ke dalam sebuah keping substrat,karena kemampuannya menghasilkan jalur konduktoryang sangat kecil (fine line). Teknologi thick film telahbanyak digunakan secara luas dalam industri komponenhibrid mikroelektronika dan diaplikasikan dalamberbagai bidang, seperti otomotif, telekomunikasi,medis, dan pengembangan sensor dan aktuator. Materialutama yang digunakan dalam teknologi film tebaladalah substrat dan pasta. Substrat merupakan mediatempat komponen film tebal diimplementasikan,sedangkan pasta adalah bahan pembentuk komponenfilm tebal, yang diformulasikan sedemikian rupasehingga dapat dibentuk melalui proses pencetakan.Amperometrik biosensor cholesterol. Prinsip kerjaamperometrik biosensor kolesterol secara umum terdiridari 4 (empat) tahap proses seperti yang terlihat padaGambar 2.Biosensor kolesterol bekerja menggunakan prinsipamperometrik dengan konfigurasi 3 (tiga) elektroda dimana hidrogen peroksida (H 2 O 2 ) yang dihasilkanmengakibatkan terjadinya aliran arus di elektrode [15].Arus mengalir melalui counter electrode (CE) danworking electrode. Tidak ada arus yang mengalir direference electrode (RE). Dengan menggunakankonfigurasi tiga elektrode akan meminimalkan besarnyategangan jatuh (potential drop) akibat adanya resistansicairan (Rs).3. Hasil dan PembahasanDesain layout. Desain biosensor meliputi, pemilihanmaterial, ukuran, bentuk dan metode konstruksi ataufabrikasi, yang sangat tergantung pada pemilihanprinsip kerja transducer, parameter yang mau dideteksidan suasana kerja (working environment). Material yangdigunakan dalam electrochemical biosensor dapatdiklasifikasikan sebagai berikut: 1) material untuk

58JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 2, NO. 1, MARET 2011: 55-60elektrode dan supporting substrate, 2) material untukimmobilisasi biocomponent, 3) material untuk fabrikasimembran luar, dan 4) biological elements ataubiocomponent, seperti enzymes, antibodies, antigens,mediators, dan cofactors.Pada penelitian ini tahap desain biosensor kolesterolmeliputi pemilihan bahan, menentukan bentukgeometris dan ukuran sensor, serta pembuatan masker.Dari penelusuran literatur telah diperoleh desain layoutmasker yang terdiri dari 3 (tiga) jenis elektrode di manaukuran sensor yang digunakan adalah tiap elektrodememiliki ukuran panjang (P) = 14 mm dan lebar (L) =bervariasi dari mulai 2-4 mm, lebar jalur elektrode 0,4mm. Adapun tujuan dari dipilihnya beberapa ukuranelektrode untuk mengetahui pengaruh lebar jalurterhadap sensitivitas sensor. Bentuk layout danpenampang biosensor kolesterol dapat dilihat padaGambar 3.Bahan yang digunakan untuk substrat adalah aluminadan bahan untuk working dan counter electrode adalahpasta emas (Dupont 8352), pasta perak (ESL 9912-A),sedangkan untuk reference electrode menggunakanbahan Ag|AgCl. Untuk lapisan biocomponent digunakanenzyme enzyme cholesterol oxidase (Sigma) dancholesterol esterase (Sigma) dan lapisan enkapsulasidigunakan pasta dielektrik (ESL SB 240). Untukpembuatan reference electrode dilakukan dengan caraprinting pasta perak (Ag) di atas substrat aluminakemudian dengan proses elektroplating diubah menjadiAg|AgCl. Tahap selanjutnya adalah pembuatan screendan masker.Pembuatan masker dan screen. Untuk pembuatanmasker dimulai dengan desain layout denganmenggunakan software CAD. Desain layout daribiosensor ini dilakukan dengan bantuan software CorelDraw 11, yang kemudian dengan prosesphotolitography ditransfer menjadi masker (filmpositif). Untuk pembuatan biosensor ini dibutuhkanminimal 3 (tiga) buah masker yaitu: masker untukworking dan counter electrode, masker untuk referenceelectrode dan masker untuk enkapsulasi seperti yangterlihat pada Gambar 4.Tahap selanjutnya adalah pembuatan screen, dimulaidengan penyiapan screen berupa pencucian denganUlano 23 (degreaser dan abrader) untukmenghilangkan lemak dan membuat screen jadi kasar,sehingga dengan demikian menjadi mudah dilekatiemulsi. Screen yang digunakan adalah stainless steeldengan ukuran mesh 400, dan bahan Ulano 133 sebagaiscreen mask-nya. Pada Gambar 5 terlihat hasil daripembuatan screen.Pada Gambar 7 terlihat prototipe sensor kolesterol yangbelum dilakukan proses elektroplating untuk referenceelectrode dan belum dilapisi dengan biocomponent(enzyme GOD). Sensor glucose ini terdiri dari 3 (tiga)jenis sensor yang berbeda beda dari segi bentuk, ukuran,dan bahan.Tahap selanjutnya adalah proses imobilisasi enzim danmembran pelindung yang belum sempat dilakukankarena bahan yang akan digunakan sedang dalam prosespembelian. Biokomponen (enzim) akan diimobilisasi diatas permukaan elektrode dan kemudian dilapisi suatumembran dengan menggunakan sistem hydrogels yangberfungsi sebagai pengontrol difusi, mengurangiinterference dan sebagai pelindung elektrode. Membranyang digunakan adalah cellulose acetate sebagaipelindung atau penutup enzim dari pengaruh luar.Penggunaan sistem hidrogel ini didasarkan padapertimbangan berikut: 1) untuk meningkatkan biocompatibilitydari permukaan elektroda dengan caramengikat anticoagulants. Hal ini dimungkinkanterutama karena kandungan airnya yang relatif tinggi, 2)untuk mengeliminasi interferensi yang tidak diinginan,seperti ascorbic acid, uric acid, L-cysteine, glutathionedan acetaminophen yang terkandung dalam darahmaupun serum darah sampel, 3) untuk meningkatkanmasa pakai (life time) dari biosensor.Bahan yang diperlukan untuk pembuatan hidrogelmencakup: 7,7, 8,8 tetra-cyano-quinone-dimethane(TCNQ) [Merck]; hydroxy-ethyl-cellulose [Merck];hydroxy-ethyl-methacrylate [Merck]; tetra-ethyleneglycoldiacrylate [Aldrich]; dimethoxy-phenyl acetophenone[Aldrich]; pyrrole monomer [Aldrich].Gambar 5. Screen untuk Biosensor Kolesterol

JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 2, NO. 1, MARET 2011: 55-60 59WorkingElectrodeReferenceElectrodeCounterElectrodeSubstrat Alumina2. Proses printing, drying dan firingRef. Electrode, Bahan pastaPerakIsolationlayerWorkingElectrodeReferenceElectrodeIsolationCounterlayerElectrodeSubstrat Alumina3. Proses printing, drying dan firingLap. Isolasi, Bahan pasta dielektrikIsolationlayerWorkingElectrodeReferenceElectrodeIsolationCounterlayerElectrodeSubstrat Alumina4. Proses pembuatan Ref. Electrode,Ag|AgClIsolationlayerWorkingElectrodeReferenceElectrodeIsolationCounterlayerElectrodeSubstrat Alumina5. Proses Immobilisasi Enzyme danpelapisan membraneGambar 6. Urutan Proses Fabrikasi Biosensor Cholesterol(a)(b)Gambar 7. Prototipe Sensor Kolesterol Menggunakan Elektroda (a) Perak (b) Emas4. SimpulanPembuatan biosensor untuk deteksi kolesterol yangmeliputi desain layout, tahapan proses fabrikasi denganteknik screen printing, pemilihan materialbiocomponent dan membran telah dipaparkan. Ada 2(dua) jenis prototipe biosensor yang dihasilkan yaituyang menggunakan bahan emas dan perak. Untuk tiapjenis biosensor terdiri dari 3 (tiga) layout yang berbedadengan ukuran panjang (P) = 14 mm dan lebar (L) =bervariasi dari mulai 2-4 mm, lebar jalur elektrode 0,4mm. Tahap selanjutnya adalah imobilisasi enzim di ataselektrode, pelapisan membran dan juga karakteristiknyaterhadap kolesterol. Diharapkan prototipe biosensor inibisa diaplikasikan untuk bidang kesehatan nantinya.Ucapan Terima KasihPenulis mengucapkan terima kasih kepada rekan timpeneliti dan Robeth V. Manurung yang telah banyakmembantu penelitian ini, dan kepada UP2M PNJ yangtelah memberikan bantuan pendanaan sehinggapenelitian berjalan sesuai dengan waktunya.

60JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 2, NO. 1, MARET 2011: 55-60Daftar Acuan[1] R.T. Daniel, T. Klara, A.D. Richard, S.W. George,Pure Appl. Chem. 71 (1999) 2333.[2] W.S. Frieder, A. Warsinke, F.F. Bier, U.Wollenberger, W. Jin, A. Benkert, D. Pfeiffer,lnternational Conference on Solid-State Sensorsand Actuators, Chicago, 1997.[3] G. Blankenstein, U.D. Larsen, Biosens.Bioelectron. 13 (1998) 427.[4] E. Depsey, D. Diamond, M.R. Smyth, G. Urban, G.Jobst, I. Moser, E.M.J. Verpoorte, A. Manz, H.M.Widmer, K. Rabenstein, R. Freaney, Anal. Chim.Acta. 346 (1997) 341.[5] H. Andreas, B. Oliver, H. Christoph, B. Henry,Proceeding of the IEEE, 91 (2003) 839.[6] C.C. Liu, P.J. Hesketh, G.W. Hunter, Interface13/2 Summer (2004) 22.[7] I. Novotny et al., 44rd International ScientificColloquium, Technical University of Ilmenau,German, 1999.[8] J.P. Hart, Trends in Analytical Chemistry, 16/2(1977) 89.[9] S. Marino, G. Minervini, M.R. Montereali, C.Cremisini, A. Masci, R. Pilloton, II Workshop onChemical Sensors and Biosensors, Santa Maria diGaleria, Rome, Italy, 1999.[10] B.R. Eggins, Chemical Sensors and Biosensors,John Wiley, Chichester, 2002, p.273.[11] D.L. Wise, Bioinstrumentation and Biosensors,Marcel Dekker Inc., New York, 1991, p.824.[12] R. Baronas, F. Ivanauskas, J. Kulys, Sensors 3(2003) 248.[13] S. Zhang, G. Wright, Y. Yang, Biosens.Bioelectron. 15 (2000) 273.[14] Watanabe et al., US Patent 6 342 364 B1, 2002.[15] M.K. Ram, P. Bertoncello, H. Ding, S. Paddeu, C.Nicolini, Biosens. Bioelectron. 16 (2001) 849.