Jurnal Fisika dan Terapannya vol.1, no.1, Januari 2013

JURNAL FISIKA DAN TERAPANNYAVOLUME 1, NOMOR 1, JANUARI 2013Penanggung JawabProf.,Drs., Win Darmanto, M.Si,Ph.D.Fakultas Sains dan TeknologiUniversitas Airlangga, IndonesiaDewan Redaksi (Editorial Board):Ketua : Drs. Siswanto, M.Si.Wakil Ketua: Dr. Retna Apsari, M.Si.Anggota : Dr. Suryani Dyah Astuti, M.Si.Mohammad Faried, ST.

Langkah awal adalah melakukan karakterisasi sensor pergeseran untukmengetahui karakteristik pergeseran kanal sensing fiber coupler terhadap cermindatar. Set-up karakterisasi fiber coupler sebagai sensor pergeseran ditunjukkan padaGambar 1.Gambar 1. Set-up eksperimen karakterisasi fiber coupler sebagai sensor pergeseran.Langkah selanjutnya adalah melakukan deteksi kadar glukosa dalam air destilasi denganmembuat set- up seperti pada Gambar 2.Gambar 2. Set-up eksperimen pengukuran kadar glukosa dalam air destilasimenggunakan Metode I.Pendeteksian dimulai saat fiber coupler berhimpit dengan cermin, yakni padapergeseran z=0. Fiber coupler yang ditempatkan pada mikrometer posisi digeser tiap 50µm. Pada tiap posisi pergeseran, tegangan keluaran detektor diukur sehingga diperolehdata berupa tegangan luaran detektor sebagai fungsi pergeseran fiber coupler.Pendeteksian dilakukan terhadap beberapa variasi konsentrasi larutan glukosa,antara lain 0, 5, 10,15, 20 dan 25 %.Jurnal Fisika dan Terapannya | Vol.1, No.1, Januari 2013 3

Crisp, John dan Elliot, Barry, 2008, Serat Optik: Sebuah Pengantar, Erlangga, Jakarta.Fraden, Jacob, 2004, Handbook of modern sensors : physics, designs, and applications,Sringer- Verlag Inc., New York.Guenther, Robert D., 1990, Modern Optics, John Wiley and Sons, USA.Krohn , DA, 2000, Fiber Optik Sensor, Fundamental and Application, Third Edition,ISA, USA.Pramono, Yono Hadi, Ali Yunus Rohedi dan Samian, 2008, Aplikasi Directional CouplerSerat Optik sebagai Sensor Pergeseran, Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 4,No. 2.Rahman, H. A., S. W. Harun, M. Yasin, H. Ahmad, 2011, Non-Contact Refractive IndexMeasurement Based on Fiber Optic Beam- Through Technique, Optoelectronicsand Advanced Materials – Rapid Communications, Vol. 5, No. 10, page: 1035 -1038.Rahman, H. A., S. W. Harun, M. Yasin, H. Ahmad, 2012, Fiber Optic Salinity SensorUsing Beam- Through Technique, Optik.Samian, Gatut Yudoyono, 2010, Aplikasi Multimode Fiber Coupler sebagai SensorTemperatur, Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 6, No. 1.Samian dan Supadi, 2011, Sensor Ketinggian Air Menggunakan Multimode FiberCoupler, Fisika dan Aplikasinya, Vol. 7, No.2, hal. 110203-1 - 110203-4.Samian, Yono Hadi Pramono, Ali Yunus Rohedi, Febdian Rusydi dan A. H. Zaidan,2009, Theoretical and Experimental Study of Fiber- Optic DisplacementSensor Using Multimode Fiber Coupler, Journal of Optoelectronics andBiomedical Materials, Vol. 1, Issue 3 (page: 303-308).Sholikhan, Muhammad, 2009, Pemanfaatan Directional Coupler Serat Optik dalamPenentuan Koefisien Ekspansi Termal Logam Aluminium, Skripsi S-1,Universitas Airlangga, Surabaya.Yasin M., Harun S. W., Yang H. Z. dan Ahmad H., 2010, Fiber Optic DisplacementSensor for Measurement of Glucose Concentration in Distilled Water,Optoelectronics and Advanced Materials – Rapid Communications, Vol. 4, No. 8(page: 1063-1065).Yasin M., S. W. Harun, Pujiyanto, Z. A. Ghani, and H. Ahmad, 2010, PerformanceComparison between Plastic-Based Fiber Bundle and Multimode Fused Coupleras Probes in Displacement Sensors, Laser Physics, Vol. 20, No. 10 (page: 1890-1893).Jurnal Fisika dan Terapannya | Vol.1, No.1, Januari 2013 7

Sintesis dan Karakterisasi Bioselulosa–Kitosan DenganPenambahan Gliserol Sebagai PlasticizerRiesca Ayu Kusuma Wardhani, Djony Izak Rudyardjo, Adri SupardiProgram Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : riesca.wardhani@gmail.comABSTRAKTelah dilakukan penelitian sintesis dan karakterisasi bioselulosa-kitosan denganpenambahan gliserol sebagai plasticizer. Penambahan gliserol sebagai plasticizer berfungsi untukmemperlemah kekakuan supaya bioselulosa kitosan terhindar dari keretakan dan bersifat lebihfleksibel. Sukrosa yang ditambahkan merupakan sumber glukosa, sedangkan urea yangditambahkan merupakan sumber karbon. Penambahan kitosan berfungsi untuk memperaktif darikinerja bioselulosa serta memperbaiki struktur permukaan. Hasil uji sifat mekanik (Tensilestrength dan Elongation at break) pada bioselulosa-kitosan yang berbahan dasar bioselulosa dankitosan dengan variasi penambahan gliserol 1 ml – 4 ml menunjukkan bahwa bioselulosakitosan-gliserolmemiliki karakteristik yang memenuhi standar sifat mekanik kulit manusia.Bioselulosa-kitosan-gliserol terbaik ditunjukkan dengan penambahan komposisi gliserol sebesar2 ml yang memiliki nilai ketebalan sebesar 126,6 ±6,7 µ m, kuat tarik sebesar 27,62 ± 11 MPa, elongasi sebesar 37,08 ± 0,99 %, strukturpermukaannya yang rata, tidak terdapat gelembung, bersifat non toksik serta memiliki nilaiketahanan terhadap air sebesar 55,3 ± 0,6 %. Penelitian tersebut menunjukkan penambahankomposisi gliserol yang paling efektif adalah 2 ml gliserol dalam 100 ml media nira siwalan.Kata kunci : bioselulosa, kitosan, gliserol, plasticizer.8 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Gambar 1. Spektrum kitosanDari spektrum IR di atas terlihat tajam yang khas pada gugus karboksilamida pada daerah 1653,48 cm -1 . Selain itu juga terdapat puncak pita serapan gugushidroksil (-O-H) pada daerah 3445,98 cm -1 . Perhitungan derajat deasetilasimenggunakan spektra IR ditentukan dengan absorbansi dari gugus amida danOH.Dari hasil penelitian berdasarkan analisis spektra IR dengan menggunakan metodabase-line, maka didapatkan nilai perhitungan untuk derajar deasetilasi dari kitosandari cangkang sebesar 82,272%. Standar nilai untuk derajat deasetilasi kitosan adalahDD>70%. Derajat deasetilasi menentukan banyaknya gugus asetil yang telah dihilangkanselama proses transformasi dari kitin menjadi kitosan. Semakin besar derajat deasetilasi,maka kitosan akan semakin aktif karena semakin banyak gugus amina yangmenggantikan gugus asetil, dimana gugus amina lebih reaktif bila dibandingkan dengangugus asetil karena adanya pasangan elektron bebas pada atom nitrogen dalam strukturkitosan.b. Pembuatan BioselulosaSelama fermentasi, kitosan yang ditambahkan ke dalam media akan membentukbioselulosa- kitosan dimana terjadi interaksi antara bioselulosa dengan kitosan. GugusNH2 dari kitosan melalui ikatan hidrogen dan dipol-dipol berinteraksi dengan gugus –OH pada molekul bioselulosa-kitosan. Pada proses pembuatan bioselulosa-kitosan12 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

dilakukan variasi komposisi 1 ml, 2 ml, 3 ml, 4 ml gliserol 25%. Selama fermentasi,penambahan gliserol ini juga mengakibatkan terjadi interaksi antara gliserol denganbioselulosa-kitosan melalui ikatan hidrogen dan ikatan dipol-dipol. Interaksi ini secarahipotesis digambarkan pada gambar di bawah ini.Gambar 2. Interaksi bioselulosa-kitosan dengan gliserolc. Karakterisitik Bioselulosa-Kitosan-Gliserol Hasil Pengukuran Tebal Bioselulosa- Kitosan-GliserolTabel 1. Data pengukuran tebal bioselulosa-kitosan- gliserolKomposisi KetebalanGliserol (ml) Bioselulosa-KitosanGliserol ( µm)1 127,7 5,42 126,6 6,73 127,2 5,84 121,3 1,3Jurnal Fisika dan Terapannya | Vol.1, No.1, Januari 2013 13

Gambar 3. Pengaruh variasi komposisi gliserol terhadap ketebalan rata-rata bioselulosakitosan-gliserolPada bioselulosa-kitosan gliserol dengan variasi penambahan gliserol 1 ml, 2 ml, 3ml, dan 4 ml memberikan nilai ketebalan 127,7; 126,6; 127,2; dan 121,3 m.Hal diatas dapat dijelaskan bahwa nata pada dasarnya dapat dihasilkan dari cairanfermentasi yang mengandung gula sebagai sumber karbon, dimana gula ini disintesisoleh bakteri Acetobacter Xylinum menjadi nata. Dengan penambahan gliserol makasemakin banyak komposisi gliserol yang ditambahkan larutan akan semakin kentalatau pekat. Media yang pekat akan menyebabkan terjadinya gangguan metabolismebakteri, akibatnya kerja bakteri tidak optimal dan kegiatan dari bakteri AcetobacterXylinum dalam proses pembentukan bioselulosa-kitosan akan terhambat (Arviyanti &Yulimartani, 2008). Massa kitosan juga menyebabkan penghambatan kegiatan daribakteri Acetobacter Xylinum dalam proses isomerisasi dari bioselulosa karena adanyareaksi pengikatan dari kitosan yang bereaksi dengan bioselulosa (Setiawan, 2011).Gliserol memiliki sifat hidrofilik yaitu mampu mengikat air, sehingga kandungan airdalam bahan meningkat dan kadar air yang dihasilkan menjadi tinggi. Menurut Dewi(2009) nilai kadar air yang tinggi disebabkan oleh kepekatan medium fermentasi yangada sehingga pembentukan selulosa oleh bakteri terjadi secara lambat yang padaakhirnya menghasilkan nata dengan susunan selulosa yang lebih longgar karena banyakair yang terperangkap di dalamnya.Berdasarkan penelitian ini ketebalan bioselulosa-kitosan gliserol menurun seiringdengan peningkatan penambahan komposisi gliserol. Pengukuran ketebalan bioselulosakitosangliserol dapat digunakan sebagai indikator keseragaman dan kontrol kualitasbioselulosa-kitosan gliserol yaitu yang mempunyai ketebalan yang tipis tetapi tidakmudah sobek.14 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Hasil Uji Tarik dan Elongasi Bioselulosa- Kitosan-GliserolTabel 2. Data pengukuran kuat tarik dan elongasi bioselulosa- kitosan-gliserolKomposis (Mpa) (%)i gliserol 1 31,05 ± 12 34,58 ± 0,98(ml) 2 27,62 ± 11 37,08 ± 0,993 30,94 ± 12 35,25 ± 0,964 29,92 ± 12 35,80 ± 0,97Gambar 4. Pengaruh variasi komposisi gliserol terhadap elongasi bioselulosakitosanGambar 5. Pengaruh variasi komposisi gliserol terhadap kuat tarikbioselulosa-kitosan-gliserolPeningkatan elongasi bioselulosa-kitosan gliserol terjadi karena molekul pemlastisyaitu gliserol mempunyai gaya interaksi yang cukup kuat dengan polimer dalambioselulosa-kitosan gliserol sehingga molekul pemlastis berdifusi kedalam rantaiJurnal Fisika dan Terapannya | Vol.1, No.1, Januari 2013 15

polimer. Dalam hal ini molekul pemlastis akan berada diantara rantai polimer (antarapolimer bioselulosa dan kitosan) dan mempengaruhi mobilitas rantai yang dapatmeningkatkan plastisasi sampai batas kompatibilitas (sifat yang menguntungan ketikaterjadi pencampuran polimer) rantai. Plastisasi adalah proses penambahan suatu zat cairatau padat agar meningkatkan sifat plastisitas suatu bahan, sedangkan zat yangditambahkan disebut plasticizer atau pemlastis. Jika jumlah pemlastis melebihi batas ini,maka akan terjadi plastisasi berlebihan sehingga plastisasi tidak efisien lagi (Kurnia,2010). Penambahan plasticizer gliserol lebih dari 2 ml menunjukkan hasil elongasicenderung menurun. Hal ini terjadi karena penambahan gliserol telah melewati batassehingga molekul pemlastis yang berlebih berada pada fase tersendiri di luar fasebioselulosa dan kitosan. Keadaan tersebut menyebabkan penurunan gaya intermolekulantar rantai menurun. Dari analisa tersebut dapat diketahui bahwa penambahangliserol yang paling efektif untuk meningkatkan elongasi adalah tidak lebih dari 2 ml.Pada penambahan gliserol 2 ml terlihat bahwa nilai kuat tariknya sebesar 27,62MPa lebih kecil dibandingkan dengan penambahan gliserol 1 ml, 3 ml, dan 4 ml. Halini disebabkan karena pada penambahan gliserol 2 ml sampel berada pada bataskompatibilitas. Selain itu hal tersebut terjadi karena sifat gliserol sebagai plasticizeradalah menurunkan kekakuan supaya lebih fleksibel sehingga kekuatan bioselulosakitosangliserol juga menurun.Tabel 3. Perbandingan standar karakteristik sifat mekanik kulit manusiaBioselulosa-kitosan gliserol dapat digunakan sebagai material medis jikamemenuhi standar sifat mekanik tertentu. Berdasarkan pada tabel 3 pada penelitianVogel (1987) material medis yang dihasilkan yaitu dengan nilai kuat tarik antara 5MPa – 32 MPa, sedangkan elongasi antara 30 % -115 %. Hasil uji sifat mebataskanik (Tensile strength dan Elongation at break)pada bioselulosa- kitosan yang berbahan dasar bioselulosa dan kitosan dengan16 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

variasi penambahan gliserol 1 ml – 4 ml pada tabel II menunjukkan sifat mekanikyang baik. Hal tersebut terbukti karena bioselulosa- kitosan gliserol yang dihasilkanmemenuhi standar sifat mekanik yang ada pada kulit manusia. Hasil Uji Morfologi Bioselulosa-Kitosan- GliserolGambar 6. Hasil uji mikroskop optik permukaan atas bioselulosa-kitosan denganvariasi komposisi gliserol (a) 1 ml, (b) 2 ml, (c) 3 ml, (d) 4 ml.Berdasarkan gambar di atas dapat diketahui bahwa pada penampang atasbioselulosa-kitosan gliserol yang terdiri dari campuran bioselulosa dan kitosan denganpenambahan variasi komposisi gliserol 1 ml sampai 4 ml menunjukkan strukturpermukaan yang tidak terlihat adanya sedikit gelembung dan tidak berongga.Bioselulosa-kitosan gliserol dengan penambahan gliserol 2 ml menunjukkan strukturpermukaan yang halus, rata, dan tidak adanya kerutan bila dibandingkan denganpenambahan gliserol 1 ml, 3 ml, dan 4 ml.Jurnal Fisika dan Terapannya | Vol.1, No.1, Januari 2013 17

Pada pembahasan sebelumnya telah dijelaskan bahwa plasticizer bekerja dengancara melekatkan dirinya sendiri di antara rantai-rantai polimer. Terjadi hal lain ketikapenambahan gliserol 1 ml, 3 ml, dan 4 ml yang menunjukkan pada penampang atasbioselulosa-kitosan gliserol terdapat gliserol yang kurang merata yang ditunjukkandengan adanya kerutan-kerutan, padahal seharusnya gliserol berada di antarabioselulosa dan kitosan. Hal ini terjadi karena penambahan gliserol telah melewatibatas sehingga molekul pemlastis yang berlebih berada pada fase tersendiri di luar fasepati dan kitosan sehingga mengakibatkan gliserol pada bioselulosa-kitosan gliserolsemakin terlihat kurang merata. Hasil Uji Spektroskopi Bioselulosa-Kitosan- GliserolGambar 7. Spektrum IR Bioselulosa-Kitosan dengan Gliserol 1 mlGambar 8. Spektrum IR Bioselulosa-Kitosan dengan Gliserol 2 ml18 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Gambar 9. Spektrum IR Bioselulosa-Kitosan dengan Gliserol 3 mlGambar 10. Spektrum IR Bioselulosa-Kitosan dengan Gliserol 4 mlAnalisis spektroskopi IR yang di dapat dari berbagai variasi komposisi gliseroldapat dilihat adanya interaksi antara bioselulosa-kitosan dengan gliserol. Hal ini terbuktiadanya perubahan serapan yang terjadi pada numberwave 3500 cm -1 sampai 1580cm -1 dengan serapan yang berbeda-beda. Dari gambar diatas, dapat dilihat adanyaserapan terletak pada bilangan gelombang 3500 cm -1 , walaupun serapan itu kecil. Padagambar menunjukkan bahwa bioselulosa-kitosan gliserol memiliki banyak gugus OH.Pada bilangan gelombang 1730 cm -1 - 1580 cm -1 terdapat gugus fungsiNH2, hal ini menunjukkan adanya interaksi antara bioselulosa gliserol bertujuanuntuk mengetahui gugus fungsi yang terbentuk akibat dari pencampuran antarabioselulosa-kitosan dengan gliserol. Namun jika dilihat dari panjang gelombang yangJurnal Fisika dan Terapannya | Vol.1, No.1, Januari 2013 19

terbaca belum ada gugus fungsi baru yang terbentuk. Hal tersebut berarti bioselulosakitosangliserol yang dihasilkan merupakan proses blending secara fisika karena tidakditemukannya gugus fungsi baru sehingga film memiliki sifat seperti komponenkomponenpenyusunnya. Hasil Uji Ketahanan Terhadap Air Bioselulosa-Kitosan-GliserolTabel 4. Data pengukuran ketahanan terhadap air bioselulosa- kitosan-gliserolVariasigliserolMassaawalMassaakhirPenyerapan(%)(ml) (gram) (gram) 53,2 ± 0,612 0,0427 0,0438 0,0654 0,0680 55,3 ± 0,63 0,0437 0,0720 64,8 ± 0,670,7 ± 0,84 0,0348 0,0594Gambar 11. Pengaruh variasi komposisi gliserol terhadap % air yang diserapbioselulosa-kitosan-gliserolDari data gambar di atas dapat dilihat bahwa semakin banyak penambahankomposisi gliserol semakin besar penyerapan yang terjadi. Hal ini disebabkan karenagliserol merupakan plasticizer yang bersifat hidrofilik sehingga mempunyai kemampuanmengikat air. Peningkatan konsentrasi gliserol mengakibatkan air yang tertahan dalammatriks bioselulosa-kitosan gliserol semakin meningkat.Menurut Ciechanska (2004) bioselulosa menunjukkan kandungan air yang tinggi(98– 99%) dan daya serap cairan yang baik. Karena sifat bioselulosa memiliki daya serapyang baik terhadap cairan dan keberadaan gugus-gugus hidrofilik dalam matriks20 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

ioselulosa-kitosan gliserol menyebabkan air terikat, film jadi mudahmengembang dan banyak menyerap air sehingga penyerapan air pada bioselulosa-kitosangliserol akan cenderung tinggi. Hal ini sesuai sifat yang dapat bekerja efisien dankompatibel. Hal tersebut didukung dengan hasil uji morfologi yang menunjukkan bahwasemakin banyak penambahan gliserol pada komposisi lebih dari 2 ml maka semakinbanyak gliserol yang tidak merata berada di atas bioselulosa dan kitosan karena tidakberada diantara bioselulosa dan kitosan sehingga memudahkan bioselulosa-kitosangliserol untuk menyerap air.KESIMPULANDari hasil pengujian, pengamatan, serta hasil dan pembahasan yang telahdilakukan dalam penelitian ini, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :1. Penambahan gliserol mempengaruhi karakteritik sifat mekanik dan sifat fisisbioselulosa-kitosan- gliserol, dimana struktur penampangnya semakin halus,tipis, dan fleksibel. Selain itu penambahan gliserol membuat kekuatanbioselulosa-kitosan-gliserol cenderung menurun, elongasinya cenderung naikdan ketahanan terhadap air semakin menurun.2. Komposit bioselulosa-kitosan-gliserol dapat dimanfaatkan sebagai salahsatu keperluan pengobatan dalam bidang medis karena memenuhi standar sifatmekanik tertentu. Karakteristik bioselulosa-kitosan-gliserol yang terbaikdiberikan pada penambahan gliserol 2 ml, dimana nilai ketebalannyaadalah 126,6 ± 6,7 µ m, kuat tarik sebesar 28 ± 11 MPa, elongasinyasebesar 37,08 ± 0,99 %, air yang diserap 55,3 ± 0,6 %, strukturpermukaannya halus, rata, tidak adanya kerutan dan tidak terdapat gelembung.DAFTAR PUSTAKAAnnaidh, A.N, et al, 2011, Characterization of TheAnisotropic Mechanichal Properties of Excised Human Skin, Journal of TheMechanical Behavior of Biomedical Materials, University College Dublind,Ireland: Elsevier Science Ltd.Arviyanti, E., & Yulimartani, N., 2008, Pengaruh Penambahan Air Limbah TapiokaPada Proses Pembuatan Nata, Program Studi Teknik Kimia FT, UNDIP,Semarang.Jurnal Fisika dan Terapannya | Vol.1, No.1, Januari 2013 21

Bergenia H.A., 1982, Reserve osmosis of coconut water through cellulose acetatmembrane, Proceedings of the second ASEAN workshop MembraneTechnology.Ciechanska, D., 2004, Multifunctional Bacterial Cellulose/Chitosan CompositeMaterials for Medical Application, Fiber & Textiles in Eastern Europe volume12 No.4(48):p. 69- 72, Institute of Chemical Fiber, Poland.Dewi, Saraswati, 2009, Pengaruh Jenis Guladan Milko Ditinjau dari Serat Kasar, Rendemen dan Kadar air, Skripsi, ProgramStudi Teknologi Hasil Ternak Fakultas Peternakan, UNIBRAW, Malang.Goosen, M.FA, 1997, application of Chitin and Chitosan,Technology Publishing Co.Inc, Lancaster.Kurnia, W.A., 2010, Sintesis dan Karakterisasi Edible Film Komposit dari Bahan DasarKitosan, Pati dan Asam Laurat, Skripsi, Program Studi Fisika Fakultas Sainsdan Teknologi, UNAIR, Surabaya.Phillips, G.O. and Williams, P.A., 2000, Handbook of Hydrocolloid, WoodheadPublishing Limited, Cambridge.Setiawan, Agus, 2011, Sintesis dan Karakterisasi Bioselulosa-Kitosan SertaPemanfaatannya Dalam Bidang Medis, Skripsi, Program Studi FisikaFakultas Sains dan Teknologi, UNAIR, Surabaya.22 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

PENGARUH VARIASI WAKTU MILLING TERHADAP SIFATFISIS SENG FOSFAT DAN NANO ZINC OXIDEDessy Mayasari, Drs. Siswanto, M.Si, Dyah Hikmawati, S.Si, M.SiDepartemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas AirlanggaABSTRAKTelah dilakukan penelitian tentang variasi waktu milling terhadap semen gigi seng fosfatdan nanopartikel ZnO, dengan variasi waktu milling 0, 5, 10, 15 dan 25 menit. Semua sampel diujidengan menggunakan XRD (X-ray Diffraction), kekerasan (Vickers) dan kekuatan tekan(Autograph). Hasil uji XRD menunjukkan fraksi volume hopiete ( Zn 3 (PO 4 ) + 4H 2 O) meningkatseiring bertambahnya waktu milling 25 menit dan fraksi volume ZnO menurun seiringbertambahnya waktu milling dengan nilai terendah sebesar 43,54% pada waktu milling 25 menit.Hal ini terjadi karena nano ZnO bereaksi dengan semen seng fosfat membentuk hopiete. Hasil ujikekerasan didapatkan nilai tertinggi sebesar 148,0 Mpa dan nilai tertinggi uji kekuatan tekansebesar 401,8 Mpa meningkat seiring bertambahnya waktu milling 25 menit. Hal ini menunjukkanpertambahan kandungan hopiete meningkatkan nilai kekerasan dan kekuatan tekan. Nilai ini cukupbaik sebagai bahan penambal gigi, karena kekuatan tekan enamel gigi sekitar 250 – 550 Mpa.Kata kunci : waktu milling , semen seng fosfat, nanopartikel Zinc oxideJurnal Fisika dan Terapannya | Vol.1, No.1, Januari 2013 23

PENDAHULUANSemen gigi merupakan bahan penambal gigi pada mahkota gigi yang hilang.Bahan tersebut berisi partikel dari keramik berbahan dasar seng oksida dan magnesiumoksida. Bubuk semen gigi dicampur dengan cairan yang berisi asam fosfat dan air. Semengigi yang digunakan sebagai bahan tambal mempunyai kekuatan yang rendahdibandingkan resin komposit dan amalgam, tetapi dapat digunakan untuk daerah yangmendapat sedikit tekanan. Terlepas dari kekuatannya yang rendah, semen ini memilikisifat khusus yang diinginkan yaitu sebagai alas penahan panas dibawah tambalan logamserta pelindung saraf dan pembuluh darah pada ruang pulpa sehingga digunakan padahampir 60% restorasi. (Anusavice, 2003).Semen gigi yang digunakan pada penelitian ini adalah semen seng fosfat (zincphosphate cement) yang merupakan bahan semen tertua sehingga mempunyai catatanterpanjang dan tolok ukur bagi sistem-sistem yang baru (Anusavice, 2003). Seng fosfatmemiliki sifat daya larut yang relatif rendah di dalam air dan keasamanan semen yangcukup tinggi, sehingga diperlukan tambahan partikel yang dalam penelitian ini berupananopartikel ZnO. Penambahan nanopartikel ZnO memungkinkan terbentuknya hopeiteZn 3 (PO 4 ) 2 +4H 2 O yang lebih banyak sehingga sifat mekaniknya meningkat danmenambah kekuatan semen sesuai dengan teori Holepack, sehingga diharapkan dapatmeningkatkan kekuatan tekan yang lebih baik. Nilai kekuatan tekan yang diperoleh daripenelitian tersebut 9,917 MPa, ini jauh dari penelitian yang telah ada (Erick, 2011). Olehkarena itu diperlukan proses pencampuran dengan menggunakan HEM, sehinggadiharapkan memiliki nilai yang sama. HEM membantu homogenisasi karena ukuranpartikel yang semakin kecil dengan waktu pencampuran dan perubahan suhu yangdiakibatkan tumbukan antar partikel.Ukuran partikel dari semen seng fosfat maupun ZnO yang dibuat berukuran kecil(nano) akan mempermudah proses pencampuran. Kedua partikel tersebut jikadicampurkan akan menghasilkan campuran yang lebih keras dan memiliki daya tekanyang lebih besar. Semakin kecil ukuran suatu partikel maka semakin cepat prosespencampuran. Hasil sintesis dikarakterisasi dengan melakukan uji XRD (X-RayDiffraction) untuk mengetahui fasa yang terbentuk, uji kekerasan dan uji kekuatan tekan.24 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

METODE PENELITIANAlatPeralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah pipette, cetakan sampel dariteflon, kaca, stainless steel spatula, neraca analitik, Vickers Hardness, CompressiveStrength, High Energy Milling dan X-ray Diffraction.BahanBahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Semen seng fosfatdalam bentuk serbuk, Nanopartikel Zinc Oxide serbuk (ZnO powder) dan Cairan semenseng fosfat.Cara KerjaPersiapan bahan yang harus dilakukan sebelum melakukan penelitian adalahmenyediakan serbuk semen seng fosfat murni dan cairan semen seng fosfat serta zincoxide serbuk yang berukuran nano.Komposisi bahan yang dipilih berupa semen seng fosfat dan nano ZnO dalambentuk serbuk dengan perbandingan kadar semen seng fosfat (8,5) dan nano ZnO (1,5)serta cairan semen seng fosfat (Erick, 2011). Sebelum di beri cairan seng fosfat, terlebihdahulu semen seng fosfat di campur dengan ZnO yang berukuran nano dengan berat totalkedua sampel 15 gram. Perbandingan kedua sampel tersebut sebesar 85% semen sengfosfat dan 15% ZnO yang akan menghasilkan nilai massa masing-masing sampel sebesar12,75 gram semen seng fosfat dan 2,25 gram ZnO. Selanjutnya dilakukan pencampurandengan menggunakan HEM dengan variasi waktu milling 0, 5, 10, 15 dan 25 menit.Hasil dari pencampuran semen seng fosfat dan nano ZnO, akan dicampur dengancairan semen seng fosfat beberapa mililiter dan diaduk secara merata denganmenggunakan spatula semen yang diletakkan di atas kaca slab. Setelah adonan tercampursecara merata (homogen) lalu diletakkan ke dalam cetakan dan di cetak sehinggaterbentuk pellet dengan spesifikasi cetakan terbuat dari bahan teflon yang memilikipanjang 6 cm, lebar 4 cm, tebal 5 mm dan diameter 0,8 cm. Sampel yang telah di buatkemudian dilakukan uji kekerasan dan kekuatan tekan serta karakterisasi XRD.Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 25

HASIL DAN PEMBAHASANHasil Uji XRDGrafik pola hasil XRD ditentukan fasa-fasanya dengan melakukan search matchGambar 1 (a) Grafik hasil search match XRD sampel dengan waktu milling 0 menitGambar 1 (b) Grafik hasil search match XRD sampel dengan waktu milling 5 menitGambar 1 (c) Grafik hasil search match XRD sampel dengan waktu milling 10 menitGambar 1 (d) Grafik hasil search match XRD sampel dengan waktu milling 15 menit26 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Fraksi Volume (%)Gambar 1 (e) Grafik hasil search match XRD sampel dengan waktu milling 25 menitHasil search match dapat di identifikasi fasa puncak XRD yang digunakan untukmenghitung nilai fraksi volume sehingga dapat diketahui presentase fasa dari masingmasingfasa yang ada. Hasil perhitungan ditampilkan pada Tabel 1 dan digambarkandengan grafik yang ditunjukkan pada Gambar 2 dan Gambar 3.Tabel 1. Fraksi VolumeSampelWaktu Milling(Menit)Fraksi VolumeHopiete ZnO(Zn 3 (PO 4 ) 2 4H 2 O)A 0 28,78 % 67,83 %B 5 44,72 % 55,27 %C 10 47,14 % 51,96 %D 15 53,64 % 46,35 %E 25 56,45 % 43,54 %Grafik Fraksi VolumeHopiete terhadap LamaWaktu Milling6040200HopieteLama Waktu MillingGambar 2. Kurva Nilai Fraksi Volume HopieteJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 27

Fraksi Volume (%)Grafik Fraksi Volume ZnOterhadap Lama WaktuMilling806040200ZnOA (0Menit)B (5Menit)C (10Menit)D (15Menit)E (25Menit)Lama Waktu MillingGambar 3. Kurva Nilai Fraksi Volume ZnOGambar 2 dan Gambar 3 menunjukkan nilai fraksi volume antara ZnO danZn 3 (PO 4 ) 2 4H 2 O (hopiete). Nilai fraksi volume yang dihasilkan untuk Zn 3 (PO 4 ) 2 4H 2 O(hopiete) terjadi peningkatan seiring dengan lamanya waktu milling, sedangkan pada ZnOsemakin lama waktu milling nilai fraksi volume yang dihasilkan semakin menurun.Hasil Uji KekerasanNilai kekerasan masing-masing sampel diperoleh dari rata-rata nilai HVNtersebut. Hasilnya ditunjukkan pada Tabel 2 dan di grafikkan pada Gambar 4.Tabel 2. Hasil Uji KekerasanNo. Sampel WaktuTestDwellD1D2HVNMillingLoadTime(mikro)(mikro)(MPa)(Menit)(kgf)(detik)1. A 0 204 10 92,00 89,98 44,762. B 5 201 10 56,70 59,31 108,53. C 10 202 10 63,52 54,91 104,64. D 15 203 10 59,27 55,32 112,35. E 25 200 10 46,34 52,75 148,028 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

HVN (MPa)Hasil Uji KekerasanVickers6004002000A ( 0 B menit ( 5 C menit ()10 D menit ()15 E menit ( 25 ) menit ) )Lama Waktu MillingKekerasan(MPa)Gambar 4. Kurva Hasil Uji KekerasanTampak hasil uji kekerasan diperoleh nilai yang ditunjukkan pada Gambar 4,yang nilai dari hasil uji kekerasan yang dinyatakan dalam satuan MPa (Megapascal).Sampel A merupakan sampel semen gigi seng fosfat tanpa proses milling, nilai kekerasansebesar 44,76 MPa. Sampel B sampai dengan Sampel E merupakan sampel semen gigiseng fosfat dengan proses milling masing-masing 5 menit, 10 menit, 15 menit dan 25menit. Besarnya kekerasan sampel B, C, D dan E masing-masing adalah sebesar 108,54MPa, 104,67 MPa, 112,35 MPa dan 148,03 MPa. Berdasarkan nilai kekerasan darimasing-masing sampel menunjukkan peningkatan nilai kekerasan seiring dengan lamanyawaktu milling yang dilakukan, sedangkan pada sampel C nilai kekerasan yang dihasilkanmengalami penurunan, hal ini terjadi karena ukuran pellet yang dihasilkan berubah padasaat pengambilan dari cetakan, sehingga mempengaruhi kekerasan bahan semen gigi.Hasil Uji Kekuatan TekanPengukuran kekuatan tekan pada sampel, yang dibuat dengan massa 0,6 gram dan8 tetes cairan seng fosfat. Proses pengujian dilakukan dengan menekan sampel hinggapatah dengan beban yang diberikan sebesar 100 kN.Hasil dari pengujian kekuatan tekan dapat dilihat pada Tabel 3 dan kemudianhasilnya akan di grafikkan pada Gambar 5. antara nilai kekuatan tekan bahan terhadapvariasi waktu milling.Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 29

Kekuatan Tekan (MPa)Tabel 3. Hasil Uji Kekuatan TekanNo. Sampel Waktu Milling(Menit)F(N) Luas Permukaan(m 2 )Kuat Tekan(MPa)1. A 0 5390 42,98 x 10 -6 125,4072. B 5 16856 47,75 x 10 -6 353,0053. C 10 10976 45,34 x 10 -6 242,0824. D 15 17836 48,99 x 10 -6 364,0745. E 25 20188 50,24 x 10 -6 401,831500Hasil Uji KekuatanTekan0A ( 0 B menit ( 5 C menit ( 10 D ) ( menit 15 E ) ( menit 25 ) menit ) )Lama Waktu MillingKekuatan Tekan(MPa)Gambar 5. Kurva Hasil Uji Kekuatan TekanGambar 5. menunjukkan nilai hasil uji kekuatan tekan yang dinyatakan dalamsatuan MPa (Megapascal). Sampel A merupakan sampel semen gigi seng fosfat tanpaproses milling, nilai kekuatan tekan sebesar 125,407 MPa. Sampel B sampai denganSampel E merupakan sampel semen gigi seng fosfat dengan proses milling masingmasing5 menit, 10 menit, 15 menit dan 25 menit. Besarnya kekuatan tekan Sampel B, C,D dan E masing-masing adalah sebesar 353,005 MPa, 242,082 MPa, 364,074 MPa dan401,831 MPa. Berdasarkan nilai kekuatan tekan dari masing-masing sampelmenunjukkan peningkatan kekuatan tekan seiring dengan lama waktu milling yangdilakukan, sedangkan pada sampel C nilai kekuatan tekan yang dihasilkan mengalamipenurunan, hal ini terjadi karena ukuran pellet yang dihasilkan berubah pada saatpengambilan dari cetakan, sehingga mempengaruhi kekuatan tekan bahan semen gigi.Nilai hasil kekuatan tekan yang diperoleh dengan proses milling menunjukkanbahwa lama waktu milling mempengaruhi kekuatan tekan bahan semen gigi, sehinggamembantu proses homogenisasi dari campuran semen seng fosfat dan nano ZnO.Selain sampel dengan massa 0,6 gram dan 8 tetes cairan seng fosfat, dilakukanpula pengujian sampel dengan massa dan jumlah tetes yang berbeda. Tabel 4.30 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

menunjukkan nilai hasil uji kekuatan tekan tanpa proses milling dengan variasi massasemen seng fosfat dengan nano ZnO dan cairan semen seng fosfat. Nilai kekuatan tekansemakin meningkat seiring dengan penambahan massa semen seng fosfat dengan nanoZnO dari 0,5 gram menjadi 0,6 gram dan penambahan jumlah cairan seng fosfat yangdiberikan sama banyaknya, Penambahan massa meningkatkan nilai kekuatan tekan dari66,322 MPa dan 107,285 MPa. Sedangkan untuk massa 0,5 gram dan 0,7 gram denganpenambahan jumlah cairan seng fosfat yang diberikan dari 8 tetes menjadi 12 tetesmeningkatkan nilai kekuatan tekan dari 66,322 MPa menjadi 403,782 MPa.Nilai hasil kekuatan tekan yang diperoleh tanpa proses milling dengan variasimassa dan cairan semen seng fosfat menunjukkan bahwa selain massa, cairan semen sengfosfat mempengaruhi kekuatan tekan bahan semen gigi, semakin banyak cairan sengfosfat semakin besar nilai kekuatan tekan yang dihasilkan, sehingga membantu proseshomogenisasi dari campuran semen seng fosfat dan nano ZnO.Tabel 4. Hasil Uji Kekuatan Tekan Sampel Tanpa MillingNo. Sampel F (N) Luas KuatPermukaan TekanJumlah Jumlah(m 2 ) (MPa)Gram Tetes1. 0,5 8 3332 50,24 x 10 -666,3222. 0,6 8 5390 50,24 x 10 -6107,2853. 0,7 12 20286 50,24 x 10 -6403,782PEMBAHASANPada penelitian ini sampel yang digunakan adalah campuran semen sengfosfat, nano ZnO dan cairan seng fosfat dengan perbandingan 85% semen sengfosfat dan 15% nano ZnO dari massa total 15 gram, sehingga didapatkan nilaimassa masing-masing bahan sebesar 12,75 gram semen seng fosfat dan 2,25 gramnano ZnO. Sebelum dicampur dan dicetak, dilakukan proses milling pada semenJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 31

seng fosfat dan nano ZnO dengan variasi waktu 0, 5, 10, 15 dan 25 menit.Kemudian kedua bahan campuran tersebut masing-masing diambil 0,6 gramdengan penambahan 8 tetes cairan seng fosfat, setelah itu bahan dicampur denganmenggunakan pengaduk hingga bahan tercampur rata, pada saat prosespencampuran menggunakan pengaduk, waktu yang diperlukan masing-masingsampel berbeda, semakin lama waktu milling yang diberikan, maka semakin cepatkedua campuran mengeras. Hal ini dikarenakan proses milling mempengaruhisifat homogen campuran bahan tersebut. Setelah bahan tercampur rata, kemudianbahan dicetak dan dibentuk sehingga membentuk pellet dengan diameter 8 mmdengan spesimen waktu 12 menit setiap sampel.Pellet yang sudah jadi, kemudian dilakukan beberapa pengujian untukmengetahui nilai fraksi volume hopiete pada uji XRD, kekerasan dan kekuatantekan. Hasil Uji XRD yang dilakukan, digunakan untuk mengidentifikasi fasa-fasayang terkandung dalam campuran, dari uji tersebut ditemukan nilai kandunganhopiete dan ZnO, kemudian dilakukan perhitungan fraksi volume untukmendapatkan persentase nilai kedua campuran tersebut. Dari perhitungan fraksivolume didapatkan persentase nilai tertinggi untuk hopiete sebesar 56,45% padavariasi waktu milling 25 menit dan persentase nilai terendah sebesar 28,78% padavariasi waktu milling 0 menit (tanpa proses milling), sedangkan pada nano ZnOpersentase nilai tertinggi sebesar 67,83% pada variasi waktu milling 0 menit(tanpa proses milling) dan persentase nilai terendah sebesar 43,54% pada variasiwaktu milling 25 menit.Hasil uji kekerasan menunjukkan nilai kekerasan yang cenderungmeningkat dengan bertambahnya waktu milling. Nilai tertinggi yang didapatkanpada uji kekerasan sebesar 148,03 MPa dengan waktu milling 25 menit,sedangkan nilai terendah yang didapatkan sebesar 44,76 MPa dengan waktumilling 0 menit (tanpa proses milling). Hal ini dikarenakan proses millingmempengaruhi sifat homogen campuran bahan.Hasil uji kekuatan tekan menunjukkan nilai kekuatan tekan yangcenderung meningkat dengan bertambahnya waktu milling. Nilai tertinggi yangdidapatkan pada uji kekuatan tekan sebesar 401,831 MPa dengan waktu milling25 menit, sedangkan nilai terendah yang didapatkan sebesar 125,407 MPa dengan32 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

waktu milling 0 menit (tanpa proses milling), sedangkan nilai lapisan email(enamel) sekitar 250-550 MPa. Hal ini dikarenakan proses milling mempengaruhisifat homogen campuran bahan.Hasil dari beberapa pengujian tersebut dapat dilihat bahwa proses millingmempengaruhi nilai kekerasan, kekuatan tekan dan fraksi volume pada uji XRD.Nilai yang diperoleh menyatakan bahwa semakin lama waktu milling, maka nilaiyang dihasilkan semakin besar. Hal ini dikarenakan pada saat proses milling,kedua campuran bahan tersebut tercampur secara merata (homogen).KESIMPULANDari serangkaian penelitian dan analisis tentang pemberian nanopartikelZnO ke dalam semen gigi seng fosfat (zinc phosphate cement) tanpa dan denganvariasi waktu milling diperoleh kesimpulan sebagai berikut :Hasil Uji XRD (X-Ray Diffraction) menunjukkan fraksi volume hopietemeningkat seiring dengan bertambahnya waktu milling, dengan nilai tertinggidicapai pada waktu milling yaitu sebesar 25 menit dengan nilai yang dihasilkansebesar 56,45 %, diikuti dengan menurunnya nilai fraksi volume nano ZnOdengan nilai terendah dicapai pada waktu milling 25 menit sebesar 43,54 %. Halini terjadi karena nano ZnO bereaksi dengan semen seng fosfat membentukhopiete.Nilai kekerasan dan kekuatan tekan dari semen gigi seng fosfat (zincphosphate cement) meningkat seiring dengan lamanya waktu milling 25 menitdengan nilai uji kekerasan tertinggi sebesar 148,03 MPa dan nilai uji kekuatantekan tertinggi sebesar 401,831 MPa. Hal ini menunjukkan pertambahankandungan hopiete meningkatkan nilai kekerasan dan kekuatan tekan.DAFTAR PUSTAKAAfif,K.M., 2011, Pengaruh Penambahan Nanopartikel Seng Oksida Terhadap StrukturKristal Semen Seng Fosfat, Skripsi Fsaintek UNAIR, SurabayaAnusavice,J.K., 2003, Philips : Buku Ajar Ilmu Bahan Kedokteran Gigi, alih bahasa :Johan Arif Budiman dan Susi Purwoko, E.GC, JakartaJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 33

Combe,E.C,, 1992, Sari Dental Material, alih bahasa : drg. Slamet Terigan, MS, PhD,Balai Pustaka, JakartaGreenwood, Norman N. And A. Earnshaw., 1997, Chemistry of the Elements 2 nd Edition.Oxford : Butterworth - HeinemannHera, 2009, Konsep Laju ReaksiNoort,R.V., 1994, Introduction to Dental Material, Mosley, LondonNikisami, 2011, Sintesis Nanopartikel dengan High Energy MillingPark C.K., Silsbee M.R., Roy D.M., 1998, Setting Reaction and Resultant Structure ofZinc Phosphate Cement in Various Orthophosphoric Acid Cement-FormingLiquids. Cement and Concrete Research 28 (1): 141-150. doi: 10.1016/S0008-8846(97)00223-8Rohman.N.T., 2009, HKI Media/Vol.IV/No.3. Tangerang : PUSPIPTEK, Serpong,TangerangServais.G.E. And L.Cartz., 1971, Structure of Zinc Phosphate Dental Cement. Wisconsin: College of Engineering, Marquette University, Milwaukee, Wisconsin, USAVan Vlack.L.H., 1985, Ilmu dan Teknologi Bahan ( Ilmu Logam dan Bukan Logam )Edisi Kelima. Jakarta : ErlanggaWidodo,R.W.E., 2011, Pengaruh Pemberian Nanopartikel ZnO Terhadap MikrostrukturSemen Gigi Seng Fosfat, Skripsi Fsaintek UNAIR, Surabaya34 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Optimasi Interferometer Michelson Real Time Untuk DeteksiKoefisien Muai Termal Composite NanofillerErsti Ulfa A 1 , Retna Apsari 1 , Yhosep Gita Y.Y 1 .1 Program Studi S1 Fisika, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, UniversitasAirlangga,Email : erstiatma@gmail.comABSTRAKPenelitian bertujuan untuk mendeteksi koefisien muai termal composite nanofillermenggunakan metode interferometer Michelson real time. Penelitian ini menggunakan sumberlaser He-Ne dengan panjang gelombang 632,8 nm, alat bantu rangkaian sensor suhu,mikrokontroler AT Mega 8535, program Delphi dan bahan yang digunakan adalah compositenanofiller Filtek Z350. Bahan composite nanofiller yang telah ditipiskan diletakkan pada salahsatu lengan interferometer Michelson kemudian dipanasi mengunakan solder pada suhu 30 o C-60 o C. Sensor suhu LM 35 diletakkan pada bahan composite nanofiller untuk mengetahui suhupada bahan akibat pemanasan. Output sensor suhu LM 35 yang berupa analog harus diubahmenjadi digital menggunakan ADC mikrokontroler AT Mega 8535. Mikrokontroler AT Mega8535 juga berfungsi untuk komunikasi serial agar suhu bahan dapat ditampilkan ke Laptop padasoftware Delphi. Software pada Delphi memiliki 4 fungsi yaitu merekam frinji pada saat suhu 30 0sampai dengan 60 0 C dengan menggunakan webcam, menampilkan suhu, menghitung jumlahcacahan frinji yang berdenyut, dan untuk menghitung koefisien muai termal suatu bahan. Hasilpenelitian menunjukkan bahwa kinerja sensor suhu adalah 99,6% dan kinerja software sebesar98,17%. Waktu tunda (delay) yang dihasilkan sistem adalah (1,1±0,1) detik. Koefisien muai termalbahan composite nanofiller sebesar (70±4)x10 -6 / o C.Delay yang dihasilkan lebih kecil 38.9 %dibanding literatur, sedangkan nilai koefisien muai termal memiliki beda 31,1% dibandingliteratur.Kata kunci : interferometer Michelson, real time, Koefisien muai termalJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 35

PENDAHULUANSurvey kesehatan yang dilakukan Departemen Kesehatan RI menunjukkan bahwaangka kerusakan gigi di Indonesia tinggi. Kerusakan gigi yang sering adalah gigiberlubang. Upaya untuk meminimalisir gigi berlubang adalah dengan menambal gigi.Cara ini termasuk paling banyak digemari karena efektif mengurangi rasa sakit akibatgigi berlubang. Oleh karena itu penting untuk mengetahui jenis material tambal gigi yangcocok. Teknik fabrikasi material tambal gigi baru terus dikembangkan. Untuk pemilihanbahan tambal gigi ada beberapa sifat yang harus dipertimbangkan, antara lainbiokompatibilitas, sifat fisik kimia, karakteristik penanganan, estetika, dan ekonomis(Philips, 2003).Material tambal gigi memiliki ketahanan tertentu terhadap berbagai perlakuansalah satunya dengan termal. Gigi biasanya digunakan untuk makan atau minum yangpanas. Penyakit yang ditimbulkan terkait panas adalah infeksi syaraf gigi karena adanyapemuaian pada material gigi. Pemuaian ini menyebabkan terlepasnya ikatan antar atomantara material dengan gigi .Oleh karena itu penting bagi kita untuk mengetahui koefisienmuai termal bahan.Mahalnya pengukuran koefisien muai termal menggunakan DTA mendorongperlunya dilakukan penelitian untuk mencari metode alternatif. Salah satu metodealternatif diantaranya menggunakan metode optik dengan interferometer Michelson.Dengan keunggulannya yaitu ketelitian tinggi, bersifat non invasif, menggunakan sumbernon destructive sehingga minim efek samping, dan dapat diamati secara visual (Apsari,2007). Berdasarkan penelitian Wolff et. al (1993) menyatakan bahwa interferometerMichelson telah banyak dan berhasil digunakan dalam pengukuran koefisien muai termaldari silica, material composite, dan keramik.Penelitian School dan Liby (2009) menggunakan interferometer Michelson untukmengukur koefisien muai termal tembaga. Metode interferometri juga dapat digunakanuntuk mengukur koefisien muai termal bahan tipis kristal ZnSe (Hua Shu et. all, 2009).Penelitian juga dilakukan oleh Ariyanti (2008) yaitu menggunakan interferometerMichelson real time untuk mendeteksi deformasi gigi akibat suhu, dengan kelemahanpenelitian ini adalah terdapat delay (waktu tunda) sebesar) detik danpengamatan frinji secara visual. Kekurangan yang terdapat pada interferometerMichelson dioptimasi dengan menggunakan sensor suhu LM 35 dan AT Mega 8535 sertapenggunaan image processing deteksi gerak pada Delphi dalam pengolahan frinji.36 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

METODOLOGI PENELITIANPenelitian ini menggunakan seperangkat interferometer Michelson, LaserHe-Ne, Laptop, Webcam, rangkaian sensor suhu LM 35 dan mikrokontroler ATMega 8535. Bahan tambal gigi yang digunakan dalam penelitian adalah compositenanofiller Filtek Z350 dari 3M ESPE. Keseluruhan alat dan bahan penelitiandisajikan pada Gambar 1.Gambar 1. Keseluruhan alat dan bahan penelitianTahapan penelitian disajikan pada diagram blok Gambar 2.Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 37

Gambar 2. Diagram blok penelitianDalam penelitian terlebih dahulu dirancang hardware yang meliputi rangkaiansensor suhu LM 35, minimum sistem AT Mega 8535 dan power supply. Sedangkansoftware Delphi memiliki 4 fungsi yaitu:merekam frinji, menghitung cacahan frinji,penampil suhu dan menghitung koefisien muai termal. Kemudian hardware dan softwareyang telah dirancang digabung dengan interferometer Michelson. Sistem interferometerMichelson real time inilah yang digunakan untuk mengambil jumlah cacahan denyutfrinji pada suhu 30 o C-60 o C. Dengan mengetahui jumlah cacahan frinji dan rentang suhumaka koefisien muai bahan dapat ditentukan.38 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

HASIL DAN PEMBAHASANHasil perancangan hardware disajikan pada Gambar 3.ACBDGambar 3. Hasil Perancangan HardwareKeterangan:A : Sensor suhu LM 35B: Rangkaian penguat sensor suhuC : Minimum sistem AT Mega 8535D: Power SupplyUntuk hasil perancangan software pada Delphi disajikan pada Gambar 4.ABDCGambar 4. Hasil Perancangan SoftwareJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 39

Keterangan:ABCD: Program merekam frinji: Program mencacah denyut frinji: Program penampil suhu: Program menghitung koefisien muai termalSetelah tahap perancangan selesai selanjutnya adalah kalibrasi. Kalibrasi inidilakukan untuk mengetahui kinerja dari hardware dan software. Kalibrasi hardwaredilakukan pada rangkaian sensor suhu, kalibrasi ini dilakukan untuk mengetahuihubungan suhu terhadap tegangan keluaran sensor. Pada kalibrasi ini juga dapat diketahuinilai konversi suhu. Hasil kalibrasi hardware disajikan Gambar 5 dan 6.Gambar 5. Grafik tegangan terhadap suhuHasil kalibrasi pada Gambar 5 menunjukkan hubungan yang linier antarategangan dan suhu dengan koefisien regresi sebesar 0,997. Hal ini sesuai dengandatasheet LM 35 dimana suhu memiliki hubungan yang linier terhadap tegangan.Nilai konversi suhu diperoleh dari persamaan regresi antara data digital dari ADCmikrokontroler dan suhu yang tertampil pada termometer digital. Nilai konversi suhu inidimasukkan ke sintaks pada Delphi. Hal ini agar nilai suhu dapat langsung tertampil padaprogram Delphi sehingga mudah diamati kenaikan suhunya. Grafik disajikan padaGambar 6.40 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Gambar 6. Konversi suhuUntuk selanjutnya adalah kalibrasi software, kalibrasi ini dilakukan denganmengukur panjang gelombang Laser He-Ne dengan penghitungan cacahan frinjimenggunakan software yang telah dirancang. Frinji direkam dengan Webcam kemudiandengan prinsip deteksi gerak maka program akan mencacah frinji yang berdenyut.Pengukuran panjang gelombang dilakukan dengan menghitung cacahan frinji yangberdenyut setiap pergeseran 10 µm. Grafik kalibrasi software disajikan pada Gambar 7.Gambar 7. Kalibrasi softwareRumus untuk menghitung cacahan frinji:Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 41

Keterangan:zΔdλ= cacahan frnji= pergeseran= panjang gelombangsehingga,Laser He-Ne yang digunakan memiliki panjang gelombang 632,8 nm, sedangkanberdasarkan rumus (4) diperoleh nilai panjang gelombang laser He-Ne adalah 621,2 nm.Hasil pengukuran panjang gelombang memiliki beda 1,83%, sehingga kinerja softwareadalah sebesar 98,17%.Tahap kalibrasi untuk hardware dan software selesai dilakukan kemudiandigabungkan ke dalam satu sistem menjadi interferometer Michelson real time. Sistemperlu diuji untuk mengetahui kinerja sensor dan waktu tunda (delay) sistem. Kinerjasensor disajikan pada Gambar 8.Gambar 8. Grafik perbandingan termometer digital dan sensor suhuBerdasarkan grafik pada Gambar 8 diperoleh kinerja sensor sebesar 99,6%. Pengujiansistem selanjutnya adalah pengukuran waktu tunda (delay) sistem. Delay merupakan bedawaktu suhu yang tertampil pada termometer digital dan yang tertampil pada program42 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Delphi. Diperoleh nilai delay sebesar (1,1±0,1) detik. Delay yang dihasilkan sistem lebihbaik 38,9% dibandingkan penelitian Ariyanti (2008) yang memiliki delay sebesar(1,8±0,7) detik. Penurunan delay dikarenakan dalam penelitian digunakan sensor suhuLM 35 dan mikrokontroler AT Mega 8535.Tahap selanjutnya adalah pengambilan data, Sistem yang telah diuji dapatdigunakan untuk menghitung koefisein muai termal. Set Up interferferometer Michelsonreal time disajikan pada Gambar 9.Gambar 9. Set Up interferometer Michelson real timeDalam penelitian diperoleh data jumlah cacahan denyut frinji pada suhu30 o C-60 o C. Data dapat dilihat pada Tabel 1. Untuk menghitung koefisien muaitermal maka dibuat grafik seperti pada Gambar 10.Tabel 1. Data interferometer Michelson real timeNo ΔT (Rentang suhu)n (Jumlah denyutfrinji)1 30 12 35 33 40 44 45 55 50 66 55 77 60 8Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 43

Rumus koefisien muai termal:Gambar 10. Koefisien muai termalDapat dituliskan,Sehingga,.................................................(8)Berdasarkan perhitungan diperoleh nilai koefisein muai bahan compositenanofiller adalah sebesar (70±4)x10 -6 / o C. Nilai koefisien muai termal ini memilkibeda 31,1 % dibandingkan literatur. Hal ini diduga karena pemanas yangdigunakan untuk memberikan kalor memiliki daya terlalu besar 30-40 watt, danjuga karena interferometer Michelson sensitif terhadap goncangan. Untuk44 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

mengetahui hasil perbandingan koefisien muai termal yang tepat perlu dilakukanpengujian TMA (Thermomechanical Analysis).KESIMPULANSistem interferometer Michelson real time dapat dioptimalkan denganmenggunakan sensor suhu LM 35, rangkaian penguat non inverting mengunakanLM 358 dan minimum sistem AT Mega 8535 menggunakan fitur ADC dankomunikasi serial dengan penterjemah frinji adalah menggunakan deteksi gerak.Sistem interferometer Michelson real time dapat digunakan untuk deteksikoefisien muai termal dengan hasil yang diperoleh adalah (70 ± 4)x10 -6 / o C.Kinerja rangkaian sensor suhu sebesar 99,6%, kinerja software adalah 98,17% dandelay sistem adalah (1,1±0,1) detik. Koefisien muai termal yang dihasilkanmemiliki beda sebesar 31,1% dibandingkan penelitian Park et,al (2011) dan delaypenelitian lebih baik 38,9% dari penelitian Ariyanti (2008).DAFTAR PUSTAKAAndi W, 2009, Panduan Praktis Delphi 2009, Wahana Komputer:JakartaApsari, R. 1998, Penentuan Koefisien Difusi Larutan Dengan Teknik InterferometerHolografi. Tesis, Universitas Gadjah Mada Yogyakarta, 1998.Apsari, R. 2007, Pengembangan Interferometer Berbasis Electronic Speckle PatternInterferometry (ESPI) untuk analisis deformasi suhu pada gigi secaraInvitro. Materi Kualifikasi Program Doktor Program Pasca SarjanaUNAIR, 2007. Surabaya.Ariyanti, R, 2008, Pengembangan Interferometer Michelson Real Time Untuk DeteksiDeformasi Suhu Pada Gigi, Skripsi, Jurusan Fisika Universitas Airlangga.Surabaya.Fadlisyah, Fauzan, Taufiq, Zulfikar,2008, Pengolahan Citra Menggunakan Delphi, GrahaIlmu,YogyakartaFuhaid N, 2004, Pemanfaatan Perangkat Komputer Untuk Menentukan Koefisien MuaiPanjang Benda Menggunakan Interferometer Michelson. Skripsi, JurusanFisika Universitas Airlangga, Surabaya.Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 45

Firdausy K, Hana M,K, 2010, Purwarupa Sistem Deteksi Objek Waktu Nyata BerbasisLayanan Pesan Singkat, Indonesian Journal of Electrical Engineeringvolume (1693-6930).Firdausy, K, Daryono, Anton Y, 2008, Webcam Untuk Sistem Pemantauan MenggunakanMetode Deteksi Gerakan, Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Informasi2008 (SNATI 2008).Gerdolle, D.A, Eric M, Dominique D, 2008, Microleakage and Polymerization Shrinkageof Various Polymer Restorative Materials. Journal of dentistry,vol 75 (125-33).Guenther R.D. 1990, Modern Optics. United State,Canada.Heryanto, 2008, Pemrograman Bahasa C untuk Mikrokontroler AT Mega 8535.Andi:Yogyakarta.Hestiningsih, I ,2008 .Pengolahan citra digital, Gava Media:Yogyakarta.Hua Shu C, Shari Feth, S,L Lehoczky, 2009, Thermal Expansion Coefficient CrystalBetween 17 o -1080 o by interferometry. vol 63.Iswanto, 2008, Antarmuka Port Paralel dan Port Serial, Gava media:Yogyakarta.Jenkins and White, 1965, Fundamentals of Optics, McGraw Hill, United State ofAmerica.Kamal,Z,2008, Microleakage In Class Ii Composite Restorations Bonded With DifferentAdhesive System Thesis Universiti Sains MalaysiaKawuryan U, 2010, Hubungan Pengetahuan Tentang Kesehatan Gigi DanMulut Dengan Kejadian Karies Gigi Anak. Skripsi ilmu keperawatanUniversitas muhammadiyah,Surakarta.Kishen, Murukeshan, Krishnakumar, Asundi, 2001, Analysis On The Nature OfThermally Induced Deformation In Human Dentine By Electronic SpecklePattern Interferometry (ESPI), journal of dentistry 29. BiomedicalEngineering Research Center, Nanyang Technological University,Singapore.Kurniawan D, 2011, Mahir Pemrograman Webcam dengan Delphi, eBook, Bandung.Marquis,DM, Eric Guiilaume, Carine CV , 2010, Properties of Nanofiller in Polymer.Intech ,France.Nugroho, Sofyan F, Indras M, 2010, Penentuan Tebal Bahan Transparan (ZnO)Menggunakan Interferometer Michelson. Skripsi FMIPA Undip.Ong, J, 2010, Investigations of light with a Michelson Interferometer. Journal46 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Engineering Physics. Cornell University.Park, JK, Bock Hur, ching-chang, Franklin,Hyung Kim, Yong Hoon, 2011, Effect ofLight-curing Units on the Thermal Expansion of Resin Nanocomposites.Journal Dental. Vol 23 issue 6 (331-334).Philips, R.W, 2003, Ilmu Bahan Kedokteran Gigi, Edisi 10, WB Saunders Co,Philadelphia, Pennsylvania.Scholl and Bruce will, 2009, Using a Michelson Interferometer to Measure Coefficient ofThermal Expansion of Copper. Journal The Physics Teacher.Vol 47.Setyabudi, 2010, Analisis Termal. Bahan kuliah Universitas Padjajaran.Stankovic, J, 1992, Real Time Computer, University of MasachusetsTipler, Ralph, 2008, Modern Physics, W.H Freeman Company: New york.Wardhana L, 2006, Mikrokontroler AVR Seri AT Mega 8535 Simulasi, Hardware danAplikasi. Andi:Yogyakarta.Winoto A, 2010, Mikrokontroler AVR Atmega8535 dan pemrogaramannya denganBahasa C pada WinAvr.Informatika,Bandung.Wolff E.G and Peng G.S, 1993, Processing of Interferometric Signal for a CTEMeasurement system. Journal elsevier.Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 47

Studi Teori dan Eksperimen Sensor PergeseranMenggunakan Fiber Coupler dengan Target Cermin CekungSefria Anggarani, Samian, Adri SupardiProgram Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : sefria.anggarani@yahoo.comABSTRAKStudi sensor pergeseran menggunakan fiber coupler dengan target cermin cekung telahdilakukan. Studi dilakukan baik secara teori maupun eksperimen untuk mengoptimalkankemamupan fiber coupler sebagai sensor pergeseran. Analisis teori dilakukan melalui pendekatanbahwa cahaya keluaran dari fiber coupler merupakan berkas Gaussian. Prinsip pendektesianpergeseran dilakukan melalui deteksi perubahan daya optis cahaya pantulan dari cermin cekungyang diterima oleh port sensing fiber coupler. Perubahan daya optis cahaya tersebut terbacamelalui perubahan tegangan keluaran detektor optis. Eksperimen dilakukan dengan menggunakandua buah cermin cekung masing-masing denganpanjang fokus 4,5 mm dan 12 mm. Hasileksperimen berupa grafik tegangan keluaran detektor optis sebagai fungsi pergeseran cermincekung menunjukkan nilai yang tidak sesuai dengan perhitungan secara teori. Walaupun demikian,karakteristik kedua grafik menunjukkan kesamaan. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa sensorpergeseran dengan target cermin cekung (4,5 mm dan 12 mm) menghasilkan jangkauan sebesar 25mm dengan step pergeseran sebesar 50 µm. Kedua cermin cekung dalam rentang jangkauantersebut menghasilkan tiga buah daerah kerja sensor (daerah linier). Hasil yang sama jugadiperoleh melalui perhitungan secara teori tetapi dengan nilai yang berbeda. Sensitivitas sensorterbaik secara eksperimen yaitu sebesar 25,31 mV/mm dihasilkan dengan menggunakan cermincekung fokus 4,5 mm pada rentang daerah kerja 9,9 – 13,85 mm.Kata kunci : Sensor Pergeseran, Cermin Cekung, Fiber Coupler.48 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

PENDAHULUANOptimasi serat optik sebagai sensor banyak dikembangkan karena memilikikeunggulan yang utama yaitu memiliki akurasi yang tinggi dan tidak kontak langsung(Krohn, 2000). Serat optik telah dapat diaplikasikan sebagai sensor pergeseran berbasismodulasi intensitas dengan berbagai desain dan konfigurasinya. Diantaranya adalahmenggunakan serat optik bundle multimode (M. Yasin et al, 2007), singlemode (A.Rostami et al, 2007), multimode fiber coupler (Samian et al, 2008) dan singlemode fibercoupler (Baruch M.C. et al, 2002). Kesemuanya menggunakan cermin datar sebagaitarget pergeseran. Aplikasi sensor pergeseran serat optik berbasis modulasi fase denganmetode dual fabry-perrot cavity menghasilkan akurasi dan resolusi tinggi tetapijangkauan kecil dan set up eksperimen kurang praktis dan harga alat-alat sangat mahal(Bitou et al, 2009).Dalam perkembangannya, berbasis pada sensor pergeseran serat optik, telahdikembangkan sensor serat optik untuk mendeteksi suhu (Samian et al, 2010), strainbahan (Inaudi et al. 2005), dan ketinggian zat cair (Samian et al, 2011). Artinya sensorpergeseran serat optik dapat menjadi dasar bagi pengembangan sensor untuk mendeteksiparameter-parameter fisis lainnya yang diperlukan dibidang industri maupun bidanglainnya.Untuk tujuan tersebut, sensor pergeseran serat optik telah dikembangkan melaluipenggunaan serat optik bundle multimode (H.Z. Yang, 2010) dengan target berupacermin cekung. Dengan tujuan yang sama, yaitu mengoptimalkan kinerja serat optikkhususnya fiber coupler sebagai sensor pergeseran, dalam makalah dipaparkan hasilkajian secara teori dan eksperimen aplikasi fiber coupler jenis multimode sebagai sensorpergeseran menggunakan cermin cekung sebagai target.ANALISIS TEORIDesain sensor pergeseran menggunakan fiber coupler dengan cermin cekung sebagaitarget diperlihatkan pada Gambar 1. Perangkat sensor pergeseran terdiri dari laser,detektor optis, fiber coupler, dan target cermin cekung. Prinsip kerja sensor adalahpergeseran cermin cekung dideteksi melalui perubahan daya optis berkas cahaya pantulandari cermin cekung yang terkopel pada port sensing fiber coupler. Mekanismenya adalahberkas laser dari sumber dilewatkan melalui port masukan fiber coupler dan sebagianberkas cahaya tersebut keluar melalui port sensing menuju cermin cekung. Berkas cahayapantulan dari cermin cekung sebagian akan masuk kembali ke port sensing. Berkascahaya balik tersebut kemudian akan terkopel menuju port deteksi.Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 49

Gambar 1. Desain Sensor Pergeseran Menggunakan Fiber Coupler dengan Target CerminCekung.Besar daya optis cahaya yang sampai ke port deteksi (persamaan berikut.22aPdP o 1 exp2(1)W ( z)Pd ) ditunjukkan olehdanP o0,1Le0,1D21 ,156cr(1cr)(1010 ) P in (2)dengan a dan W(z) adalah jari-jari core fiber coupler danjari-jari berkas hasil pantulancermin. Sedangkan cr, Le, dan D masing-masing adalah rasio kopling (coupling ratio),excess loss, dan directivity (Samian 2009).Secara geometris, berkas laser yang keluar dari port sensing menuju cermin cekungdan kembali lagi ke port sensing dapat dilukiskan seperti pada Gambar 2. Divergensiberkas mula-mula yang keluar dari port sensing sebesar θ yang berhubungan dengantingkap numerik serat optik (NA) dengan hubunganNAsin. Sedangkan divergensiberkas setelah terpantul dari cermin adalah sebesar ' .Gambar 2. Struktur geometri port sensing sensor pergeseran serat optik terhadap cermincekung.50 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Berkas cahaya yang keluar dari port sensing yang terpantul oleh cermin cekungdapat ditunjukkan melalui persamaan :f z zv a(3)z a z fdengan v, f, z, z a , dan v masing-masing merupakan jarak sumber hasil pantulan terhadapcermin cekung, panjang fokus cermin cekung, jarak berkas laser yang keluar dari portsensing, dan jarak port sensing dengan cermin cekung. Jarak sumber hasil pantulanterhadap port sensing dapat dinyatakan melalui persamaan:f z zu z a(4)z a z fSudutmembentuk dapat ditulis :yang dibentuk berkas cahaya yang keluar dari port sensing menuju cerminh atan (5)z a z z aSementara sudut ’ dapat ditulis dalam bentuk persamaan :W z htan '(6)u vUntuk jari-jari berkas cahaya yang terpantul kembali sebagi fungsi pergeseran dapatdinyatakan dalam persamaan berikut.Wza z z a2zf z af z a(7)Substitusi persamaan (7) ke persamaan (1) maka akan diperoleh persamaan sepertiberikut.22 f zP 1 expadP o(8)2 2z z a z f z aPersamaan (8) menyatakan besar daya optis laser pada port deteksi yang dapat berubahterhadap pergeseran dan panjang fokus target yang berupa cermin cekung. DenganasumsiP cV ; P o cV o ; danPP oVV o, maka persamaan (8) dapat ditulis menjadi22 f zV 1 expadV o(9)2 2z z a z f z aPersamaan (10) merupakan hubungan tegangan keluaran sebagai fungsi pergeseran.Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 51

SET UP EKSPERIMENSet up eksperimen sensor pergeseran menggunakan fiber coupler dengan targetcermin cekung diperlihatkan pada Gambar 3. Set up eksperimen terdiri dari laser He-Ne(Mellesgriot, 632.8 nm, 30 mW), cermin cekung, fiber coupler 2 2, detektor 818-SL(Newport), dan mikrovoltmeter (Leybold).Gambar 3. Set Up Eksperimen Sensor Pergeseran menggunakan fiber coupler denganTarget Cermin Cekung.Eksperimen dilakukan dengan mencatat tegangan keluaran yang terbaca padamikrovoltmeter untuk setiap pergeseran cermin. Pergeseran cermin dilakukan dengan steppergeseran sebesar 50 µm. Pencatatan tegangan keluaran dilakukan sampai tegangankeluaran yang terbaca oleh detektor tidak menunjukkan perubahan yang berarti(cenderung konstan). Langkah tersebut dilakukan pada masing-masing cermin cekungfokus 4,5 mm dan 12 mm.HASIL DAN PEMBAHASANHasil penelitian baik secara teori maupun eksperimen berupa grafik tegangankeluaran detektor optis sebagai fungsi pergeseran cermin cekung. Hasil penelitian denganmenggunakan cermin cekung fokus 4,5 mm diperlihatkan pada Gambar 4 dan cermincekung fokus 12 mm diperlihatkan pada Gambar 5.52 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Tegangan Keluaran (mV)Tegangan Keluaran (mV)16014012010080Teori60402000 5Pergeseran10 15(mm)20 25Gambar 4. Hasil Teori dan Eksperimen Sensor Pergeseran Serat Optik MenggunakanCermin Cekung dengan Fokus 4,5 mm.16014012010080Teori60402000 5Pergeseran10(mm)15 20 25Gambar 5. Hasil Teori dan Eksperimen Sensor Pergeseran Serat Optik MenggunakanCermin Cekung dengan Fokus 12 mm.Hasil eksperimen berupa grafik tegangan keluaran detektor optis sebagai fungsipergeseran cermin cekung pada masing-masing cermin menunjukkan nilai yang tidaksesuai dengan perhitungan secara teori. Hal ini dapat disebabkan oleh fiber coupler yangdigunakan adalah buatan tangan sehingga diindikasikan bahwa potongan pada tiap ujungfiber coupler memiliki kecembungan yang mengakibatkan nilai NA lebih besar. Nilai NAyang besar menyebabkan besarnya berkas cahaya yang masuk ke fiber coupler.Walaupun demikian, hasil perhitungan teori dan eksperimen pada masing-masing cerminmemiliki karakteristik yang sama. Kedua cermin cekung menghasilkan tiga buah daerahkerja sensor (daerah linier) . Daerah kerja sensor secara eksperimen masing-masingdiperlihatkan pada Gambar 6 dan untuk cermin cekung fokus 4,5 mm dan Gambar 7untuk cermin cekung fokus 12 mm.Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 53

(a)(b)(c)Gambar 6. Grafik Sensor Pergeseran Serat Optik Menggunakan Cermin Cekung denganFokus 4,5 mm. (a) Daerah Kerja 1, (b) Daerah Kerja 2,(c) Daerah Kerja 3.54 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

(a)(b)(c)Gambar 7. Grafik Sensor Pergeseran Serat Optik Menggunakan Cermin Cekung denganFokus 12 mm. (a) Daerah Kerja 1, (b) Daerah Kerja 2, (c) Daerah Kerja 3.Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 55

Dari hasil regresi linier yang ditunjukkan oleh Gambar 6 dan Gambar 7 dapatdiperoleh prameter-parameter sensor untuk masing-masing cermin yang disajikan padaTabel 1.Tabel 1. Parameter sensor pergeseran fiber coupler dengan target cermin cekung.Fokus Cermin CekungParameterDaerah Kerja (mm) Sensitivitas (mV/mm)0,2 – 3,05 21,114,5 mm6 – 8,25 13,109,9 – 13,85 25,310,9 – 5,05 21,3812 mm20,25 – 22,65 13,8522,65 – 25,00 11,39Dengan dihasilkan daerah kerja yang lebih banyak, maka pemanfaatan sensorpergeseran menggunakan fiber coupler dengan target cermin cekung untuk pengukuranbesaran-besaran fisis yang lain seperti suhu, strain bahan, dan ketinggian zat cair akanlebih baik.KESIMPULANOptimasi sensor pergeseran serat optik dapat dilakukan menggunakan fibercoupler dengan target berupa cermin cekung. Secara teori dan eksperimen sensorpergeseran menggunkan fiber coupler dengan target cermin cekung fokus 4,5 mmdan 12 mm menghasilkan tiga buah daerah kerja sensor pada masing-masingcermin dengan jangkauan 25 mm dengan step pergeseran 50 µm. Eksperimenmenunjukkan performa sensor yang baik dengan memberikan sensitivitas sebesar25,31 mV/mm oleh cermin cekung fokus 4,5 mm pada rentang daerah kerja 9,9 –13,85 mm.DAFTAR PUSTAKAA. Rostami, M. Noshad, H. Hedayati, A. Ghanbari dan F. Janabi (2007), A Novel nadHigh Precision Optical Displacement Sensor, IJCSNS 7, 311 – 316Baruch M.C., Gerdt D.W., Adkins, (2002), Fiber Optic Couplers Displacement Sensor,Procceding SPIE.56 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Bitou, Youichi, 2009, High Accuracy displacement Metrology and Control Using DualFabry-Perot Cavity with an Optcal Frequency Comb Generator, PrecisionEngineering, Vol 33, hal 187-193.Inaudi, D., Glisic, B., Field Aplication of of Fiber Optic and Temperature monitoring,Proceeding International Conference Optoelectronic Sensor Based Monitoring InGeo-Engineering, Nanjing, 1-6, 2005.Krohn, D.A., 2000, Fiber Optic Sensor, Fundamental and Application, 3rd, ISA, NewYork.H.Z. Yang, K.S. Lim, S.W. Harun, K. Damayanti, H. Ahmad, 2010, Enhanced BundleFiber Displacement Sensor Based on Concave Mirror, Sensors and Actuators A,Vol 162, hal 8-12.M. Yasin., Harun, W.S., Abdul Rasyid, H.A., Kusminarto, Karyono dan H.Ahmad, 2007,The Performance of a Fiber Optic Displacement Sensor for Different Types ofProbe and Target, Laser Physics, Vol. 10, No. 1002, hal 1 – 4.Samian, 2008, Directional Coupler sebagai Sensor Pergesran Mikro, Prosiding SeminarNasional Aplikasi Fotonika, Surabaya.Samian dan Gatut Yudoyono, 2010, Aplikasi Multimode Fiber Coupler sebagai SensorTemperatur, Jurnal Fisika da Aplikasinya, Vol. 6, No.1, hal. 100104-1 - 100104-4.Samian dan Supadi, 2011, Sensor Ketinggian Air Menggunakan Multimode FiberCoupler, Fisika dan Aplikasinya, Vol. 7, No.2, hal. 110203-1 - 110203-4.Samian, Yono Hadi Pramono, Ali Yunus Rohedi, Febdian Rusydi, A.H. Zaidan (2009),Theoretical and Experimental Study of Fiber-Optic Displacement Sensor UsingMultimode Fiber Coupler, Journal of Optoelectronics and Biomedical Materials,Vol. 1, Issue 3, 303 – 308.Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 57

Deteksi Kanker Paru-Paru Dari Citra Foto RontgenMenggunakan Jaringan Saraf Tiruan BackpropagationTri Deviasari Wulan 1 , Endah Purwanti 2 , Moh Yasin 31,2 Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : tridevie@gmail.comAbstrakPada penelitian ini dibangun suatu program aplikasi yang dapat mengelompokkan citrafoto rontgen paru-paru ke dalam kategori normal, kanker paru-paru atau penyakit paru lain. Prosesini diawali dengan pengolahan citra yaitu cropping, resizing, median filter, BW labelling danekstraksi fitur menggunakan transformasi wavelet haar. Ekstraksi fitur citra foto rontgenmenggunakan fitur energi dan koefisien setiap subband yang kemudian dijadikan masukanjaringan saraf tiruan backpropagation. Parameter yang digunakan untuk proses pelatihan danpengujian menggunakan jaringan saraf tiruan backpropagation adalah hidden layer sebanyak 10,learning rate 0,1 dan target eror 0,001. Hasil pengujian jaringan saraf tiruan backpropagationdengan menggunakan data baru diperoleh tingkat akurasi sebesar 86,67 % dalam mendeteksikeabnormalan dari citra foto rontgen paru.Kata Kunci : Kanker Paru, Foto Rontgen, Backpropagation58 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

PENDAHULUANKanker paru merupakan masalah kesehatan dunia. Dari tahun ke tahun, datastatistik di berbagai negara menunjukkan angka kejadian kanker paru cenderungmeningkat. Merokok merupakan penyebab utama dari sekitar 90% kasus kanker paruparupada pria dan sekitar 70% pada wanita. Semakin banyak rokok yang dihisap,semakin besar resiko untuk menderita kanker paru-paruSalah satu pemeriksaan kanker paru-paru adalah dengan menggunakanpemeriksaan radiologi atau lebih dikenal dengan Sinar-X (foto Rontgen). Prinsip kerjadari alat ini adalah berdasarkan difraksi sinar-x. Pengenalan dengan sinar-X sederhanamerupakan teknik yang paling sering digunakan. Citra dari Sinar -X akan memberikanhasil yang berbeda antara paru-paru yang sehat dan yang tidak sehat, seperti kanker paruparusekaligus stadium dari kanker paru-paru tersebut.Namun, pemeriksaaan kanker paru-paru dari citra hasil foto Rontgen masihmemiliki kekurangan yaitu beberapa praktisi medis seperti dokter-dokter spesialis paruparumasih mengandalkan pengamatan visual dalam pembacaan hasil foto rontgensehingga hasilnya sangat subjektif. Dokter spesialis paru-paru harus melakukanpengamatan citra foto Rontgen secara teliti dan diagnosis yang benar-benar akurat dalamdeteksi kanker paru-paru pada pasien. Oleh karena itu diperlukan perangkat lunak yangmampu mendeteksi kanker paru-paru sebagai pembanding dari kerja para praktisi medis,sehingga perangkat lunak ini dapat membantu keakuratan penentuan deteksi kanker paruparu.Jaringan saraf tiruan merupakan salah satu sistem pemrosesan informasi yangdidesain dengan menirukan cara kerja otak manusia dalam menyelesaikan suatu masalahdengan melakukan proses belajar melalui perubahan bobot sinapsisnya. Metodepembelajaran jaringan syaraf tiruan yang digunakan adalah backpropagation karenametode ini dapat diaplikasikan dalam berbagai bidang untuk melakukan pengenalan pola(pattern recognition), klasifikasi citra, dan penerapannya di bidang diagnosa medik.Jaringan saraf terdiri dari 3 lapisan, yaitu lapisan masukan/input terdiri atas variabelmasukan unit sel saraf, lapisan tersembunyi terdiri atas 10 unit sel saraf, dan lapisankeluaran/output terdiri atas 2 sel saraf. (kusumadewi, 2004)Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 59

Gambar. 1 Arsitektur BackpropagationPada pengoperasian jaringan syaraf tiruan terdapat dua tahap operasi yang terpisahyaitu tahap belajar (learning) dan tahap pemakaian (mapping). Tahap belajar merupakanproses untuk mendapatkan bobot koneksi yang sesuai. Penyesuaian bobot dimaksudkanagar setiap pemberian input ke neural menghasilkan output yang dinginkan.METODE PENELITIANDalam Penelitian ini digunakan data citra paru dari foto rontgen berupa softcopy.Peralatan yang digunakan yaitu seperangkat komputer dengan software Matlab R2008a.Data citra paru yang diperoleh terdiri dari 20 data normal, 20 data kanker paru-paru, 20data penyakit paru lain yang digunakan untuk pelatihan data. Sedangkan untuk keperluanpengujian data digunakan 5 data normal , 5 data kanker paru-paru dan 5 data penyakitparu lain.Gambar 2. Data Citra Paru (a) Normal, (b) Kanker Paru-Paru, (c) Penyakit Paru lainProsedur penelitian antara lain mengolah citra hasil foto rontgen terlebih dahuluyang meliputi cropping untuk memotong citra paru pada bagian daerah paru-paru.Kemudian resizing untuk mengubah dimensi citra sehingga memudahkan pada60 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

pengolahan selanjutnya. Tahap thresholding digunakan untuk mengubah citra menjadibiner. Langkah selanjutnya adalah filter median untuk menghilangkan noise-noise padacitra hasil thresholding. Selanjutnya dilakukan BW Labelling untuk menandai objekobjekpada citra hitam putih yang memiliki nilai intensitas yang hampir sama. Setelah ituekstraksi fitur menggunakan transformasi wavelet untuk mendapatkan fitur citra yangberupa energi dan koefisien wavelet citra. Hasil ekstrasi fitur citra tersebut digunakanmenjadi masukan jaringan saraf tiruan backpropagation.HASIL UJICOBA DAN PEMBAHASANPada proses pelatihan digunakan 60 data citra paru yang berukuran 2010x2010pixel, terdiri dari data normal, data kanker paru-paru dan data penyakit paru lain.Sebelum dilakukan pelatihan data terlebih dahulu dilakukan proses pengolahan citra padacitra paru. proses pengolahan citra yang dilakukan antara lain yaitu cropping untukmemotong citra pada bagian daerah paru dan resizing untuk mengubah dimensi citramenjadi 320x320 pixel. Langkah selajutnya adalah thresholding untuk mengubah citramenjadi citra biner sehingga dari proses ini backgroud dari citra dapat dihilangkan.Setelah itu dilakukan proses filter median untuk menghilangkan noise-noise kecil darihasil thresholding. Langkah terakhir dari preprosessing ini adalah BW Labelling untukmenandai objek-objek yang ada pada citra yang memiliki Hasil dari preprosessing iniditunjukkan pada gambar 3. Ekstraksi fitur citra menggunakan transformasi wavelet haartujuh level untuk mendapatkan fitur energi dan koefisien wavelet setiap subband padamasing-masing level sehingga didapatkan matriks 1x66 pixel sebagai masukanbackpropagation.Gambar 3. Hasil Preprosessing Citra ParuJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 61

Pelatihan data dilakukan dengan memvariasi hidden layer dan jumlah epohuntuk mendapatkan arsitektur jaringan yang hasil performance (MSE) paling mendekatitarget eror 0,001. Dari hasil variasi ini di peroleh parameter-parameter yang digunakanpada proses training yaitu hidden layer = 10, epoh = 3000, learning rate=0,1 dan targeteror = 0,001. Tingkat akurasi yang diperoleh sebesar 100 %Gambar 4 Grafik antara Performance (MSE) dan Variasi Jumlah Epoh dengan SeluruhVariasi Hidden LayerGambar 4. Grafik antara MSE dan 3000 epoh pada hidden layerData yang digunakan untuk proses pengujian ini sebanyak 15 data yang terdiri dari5 data normal, 5 data kanker paru-paru dan 5 data penyakit paru lain. Parameterparameterdari hasil pelatihan digunakan untuk pengujian data baru yaitu 10 hidden layer,3000 epoh, learning rate 0,1. Dari pengujian data menggunakan parameter-parametertersebut tingkat akurasi yang dihasilkan adalah sebesar 86,67 %. Tabel 1 menunjukkan62 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

akurasi data pengujian dengan nilai 1 untuk kondisi normal, nilai 0 untuk kondisi kankerparu-paru dan nilai -1 untuk kondisi penyakit paru lain.Tabel 1. Tingkat Akurasi Data PengujianPada penelitian ini juga telah dibuat suatu tampilan apliksi interface seperti padaGambar 5. Layar tersebut berguna untuk pengguna mendeteksi hasil foto rontgen thorakparu-paru dan hasil dari pengolahan citra serta hasil ekstraksi fitur yang dijadikanmasukan pada jaringan saraf tiruan metode backpropagation. Dari hasil pengujian inidapat diketahui hasil citra tersebut masuk kedalam kelompok normal, kanker paru-paruatau penyakit paru lain.Gambar 5. Tampilan AplikasiJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 63

KESIMPULAN1. Perancangan sistem perangkat lunak menggunakan jaringan saraf tiruanbackpropagation berdasarkan citra foto rontgen dilakukan dengan mengolahcitra menggunakan beberapa metode yaitu thresholding, median filter, BWLabelling dan transformasi wavelet haar. Ekstraksi fitur citra parumenggunakan fitur energi dak koefisien setiap subband yang kemudiandijadikan masukan jaringan saraf tiruan backpropagation.2. Parameter yang digunakan untuk proses pelatihan dan pengujian menggunakanjaringan saraf tiruan backpropagation adalah hidden layer sebanyak 50,learning rate 0,1 dan target eror 0,01.Hasil pengujian jaringan saraf tiruanbackpropagation dengan menggunakan data baru diperoleh tingkat akurasisebesar 86,67 % dalam mendeteksi keabnormalan dari citra foto rontgen paru.DAFTAR PUSTAKAKiki & Kusumadewi S. 2004. Jaringan Saraf Tiruan dengan Metode Backpropagationuntuk Mendeteksi Gangguan Psikologi. Jurusan Teknik Informatika. UniversitasIslam Indonesia : YogyakartaMuhtadan & Harsono Djiwo. 2008. Pengembangan Aplikasi Untuk Perbaikan CitraDigital Film Radiologi.Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN: Yogyakarta.Putra Darma. 2010. Pengolahan Citra Digital. Penerbit Andi: Yogyakarta.Prasetyo Eko. 2010. Pengolahan Citra Digital dan Aplikasinya Menggunakan Matlab.Penerbit Andi : YogyakartaSuyatno Ferry. 2008. Aplikasi Radiasi Sinar-X di Bidang Kedokteran untuk MenunjangKesehatan Masyarakat. Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir BATAN: Banten.Saksono H.T, Rizal Ahmad & Usman Koredianto. 2010. Pendeteksian kanker Paru-ParuDengan Menggunakan Transformasi Wavelet dan Metode Linear DiscriminantAnalysis. Teknologi Elektro. Institute Teknologi Telkom: Bandung64 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Rancang Bangun Oksimeter Digital Berbasis MikrokontrolerATMega16Guruh Hariyanto 1 , Welina Ratnayanti K. 2 , Franky Chandra S.A 3 ,1,3 Program Studi S1 Teknobiomedik Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga2 Program Studi S1 Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : guruh.hariyanto@gmail.comABSTRAKOksimeter merupakan alat yang digunakan untuk memonitor keadaan saturasi oksigendalam darah (arteri) pasien, untuk membantu pengkajian fisik pasien, tanpa harus melalui analisates darah. Kadar saturasi oksigen darah merupakan parameter vital untuk mengetahui adanyadisfungsi pernafasan dan mencegah lebih dini adanya kekurangan oksigen tingkat selularmetabolisme yang dapat menyebabkan kerusakan jaringan dan organ pada pasien kritis. Sensoroksimeter bekerja menggunakan prinsip transmisi cahaya tampak dan infrared yang ditembakkanpada jaringan organ jari tangan atau daun telinga. Intensitas cahaya yang diteruskan kemudianditangkap oleh sensor fototransistor. Pada penelitian ini menggunakan sensor fototransistorTEMT6000 yang memiliki nilai kepekaan yang lebih akurat dibandingkan fotodioda. Selain itu,harganya yang terjangkau, mampu menekan biaya pembuatan lebih murah. Penelitian ini jugamenggunakan tiga macam warna LED yaitu, merah, biru dan hijau sebagai sumber cahayatransmisi. Berdasarkan hasil yang didapatkan, ternyata LED merah lebih baik untuk menerobosjaringan organ jari tangan. Alat penelitian ini mampu membedakan hasil pengukuran antara pasiensatu dengan yang lain dengan nilai eror 5,7 % dan akurasi 97 %Kata kunci : oksimeter, fototransistor, saturasi oksigenJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 65

PENDAHULUANPerkembangan teknologi elektronika berkembang pesat hingga merambat kebidang elektronika medis. Elektronika medis dibuat untuk berbagai macam tujuan,diantaranya monitoring instrument, diagnostic instrument, therapeutic instrument, danassistive devices. Monitoring instrument digunakan untuk memperoleh informasi rekammedis pasien dan menampilkan data melalui media display. Salah satu contoh monitoringinstrument adalah oksimeter.Oksimeter merupakan salah satumetode penggunaan alat untuk memonitorkeadaan saturasi oksigen dalam darah (arteri) pasien, untuk membantu pengkajian fisikpasien, tanpa harus melalui analisa tes darah. Oksimeter merupakan salah satu alat yangsering digunakan di rumah sakit saat dilakukan proses pembedahan untuk mengetahuisaturasi oksigen dalam darah. Saturasi adalah persentase dari pada hemoglobin yangmengikat oksigen dibandingkan dengan jumlah total hemoglobin yang ada di dalam darah(Andrey, 2005). Cara kerja oksimeter yaitu mengukur intensitas cahaya LEDyangdipaparkan di permukaan kulit jari setelah melewati kulit dan berinteraksi dengan seldarah merah. Alat ini bertujuan untuk mengukur saturasi oksigen darah denganobservasi absorpsi gelombang optik yang melewati kulit dan berinteraksi dengan seldarah merah. Dengan membandingkan absorpsi cahaya, alat tersebut dapat menentukanpersentase Hb yang disaturasi (Srie, 2003).Oksimeter termasuk alat kategori non-invasive, artinya oksimeter tidakmemerlukan sampel darah yang harus dikeluarkan dari dalam tubuh. Hal ini sangatpenting pada situasi perubahan mendadak kadar oksigen darah, karena seperti yang kitaketahui bahwa nilai normal saturasi oksigen hanya berkisar 85%-100%. Jika nilaipengukuran dibawah nilai 85% menandakan bahwa jaringan tidak mendapatkan oksigenmencukupi sehingga memerlukan tindakan lanjut. Aplikasi oksimeter sangat banyakdiantaranya pada lingkup perawatan di rumah sakit, lingkungan diagnostik dan di tempatdimana dibutuhkan pengamatan saturasi oksigen.Pada penelitian sebelumnya yang sudah dilakukan oleh Andrey (2011) tentangoksimeter berbasis mikrokontroler, menjelaskan rancang bangun oksimeter digital dengansensor oxisensor. Ada beberapa hal yang perlu ditambah dalam alat tersebut yaitu sistemalarm. Hal ini sangat penting karena berfungsi sebagai indikator untuk mengingatkanpetugas kesehatan jika terjadi penurunan saturasi oksigen dibawah kadar 80%.Penambahan alarm akan menambah nilai kegunaan oksimeter yang lebih otomatis dancepat respon terhadap keselamatan pasien. Dengan menggunakan rangkaian buzzer yangdisambungkan ke mikrokontroler, parameter alarm dapat diatur dengan baik.66 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Di Indonesia banyak sekali distributor yang menjual oksimeter dengan hargayang relatif masih mahal. Hal ini dikarenakan ketersediaan oksimeter masih mengimporbarang dari luar Indonesia. Berdasarkan uraian sebelumnya, oksimeter masihmemungkinkan untuk dibuat dengan komponen dalam negeri karena sediaan bahanpenyusun sensor fotodetektor seperti LED cahaya tampak dan LED inframerah terdapatdalam jumlah besar. Berawal dari masalah itulah penulis melakukan penelitian untukmembuat oksimeter dengan alarm dari komponen lokal sehingga biaya pembuatanmenunjang hasil cipta dengan harga yang lebih terjangkau. Harapan setelah terwujudnyaalat ini adalah mampu memicu kreasi bangsa untuk membuat alat elektronik medisdengan berbagai macam modifikasinya. Selain itu melepas ketergantungan terhadapkebutuhan alat medis buatan luar Indonesia.METODE PENELITIAN1. Pulse OximetryPulse Oximetry berfungsi mengamati saturasi oksigen darah. Hal ini dilakukanuntuk menjamin kadar oksigen cukup pada pembuluh. Biasanya dipakai pada pasien yangmengalami under anesthesia, neonates (bayi baru lahir yang berusia di bawah 28 hari(Stoll, 2007), pasien yang mengalami kondisi buruk (critically). Alat ini menampilkanfrekuensi denyut jantung dan saturasi oksigen, parameter yang menjadi andalan dansangat berguna untuk mengetahui kondisi pasien saat pemeriksaan. Oksimeter termasukalat medis non invasive dan portabel. Proses penggunaan probe sensor dengan menjepitbagian ujung jari seperti pada Gambar 1Gambar 1. Probe Pulse OximetrySensor dibangun dengan menggunakan LED (Light Emitting Diode) berwarnamerah dan LED infrared. Perlu diketahui hemoglobin yang mengandung oksigen akanmenyerap panjang gelombang cahaya 910 nm dan hemoglobin yang tidak mengikatJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 67

oksigen menyerap panjang gelombang cahaya 650 nm sehingga hal inilah yang mengapaLED merah dan inframerah digunakan sebagai komponen utama pembangun sensorkarena kedua LED ini memiliki panjang gelombang yang sesuai kriteria.2. Prinsip Dasar OksimeterSensor pulse oximetry menggunakan cahaya dalam analisis spektral untukpengukuran saturasi oksigen, yaitu deteksi dan kuantifikasi komponen (hemoglobin)dalam larutan. Saturasi oksigen adalah persentase total hemoglobin yang membawa ataumengandung oksigen. Probe umumnya ditempatkan jari atau daun telinga. Sebuahfotodetektor pada sisi lain mengukur intensitas cahaya yang berasal dari transmisi sumbercahaya yang menembus jari. Transmisi cahaya melalui arteri adalah denyutan yangdiakibatkan pemompaan darah oleh jantung (Hill et al, 2006)Alat oksimeter menggunakan LED merah dan inframerah bersama-sama denganfotodetektor untuk mengatur arus di dalam rangkaian relatif terintegrasi untuk penyerapancahaya yang melalui jari. Pengurangan cahaya dapat dilihat seperti Gambar 2 dan dapatdibagi dalam tiga bagian besar : pengurangan cahaya akibat darah arteri, pengurangancahaya akibat darah vena, dan pengurangan darah akibat jaringan. Pengurangan cahayaakibat darah vena dapat menyebabkan beberapa sinyal akibat perubahan di dalam alirandarah dan juga perubahan akibat level oksigen darah. Pengurangan cahaya yangdisebabkan aliran darah vena dan jaringan menciptakan suatu sinyal yang relatif stabildan sinyal ini disebut dengan komponen DC.Gambar 2 Transmisi Cahaya melalui Jari TanganSemakin relefan komponen pengurangan cahaya di dalam oksimeter adalahsinyal AC yang ditimbulkan oleh aliran denyut dari darah arteri. Penyerapan lebih darispektrum cahaya inframerah relatif ke spektrum cahaya merah adalah indikasi darioksigen saturasi yang tinggi dan absorpsi lebih dari spektrum cahaya merah relatif kespektrum cahaya inframerah adalah indikasi dari oksigen saturasi yang rendah.68 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

3. Penyerapan Cahaya oleh HemoglobinTerdapat dua jenis Hb berdasarkan kandungan oksigen didalamnya, diantaranyaoxyhemoglobin yaitu hemoglobin yang mengikat okigen dan deoxyhemoglobin adalahhemoglobin yang tidak mengandung okigen.Gambar 3 Grafik Perbedaan Hemoglobin Menyerap Cahaya(Prasanna, 2011). Dari Gambar 3 dapat dianalisis bahwa cahaya LED merah lebih banyak diserapoleh deoxyhemoglobin dan cahaya LED Inframerah lebih banyak diserap oxyhemoglobin.Rasio perbedaan penyerapan cahaya tersebut menjadi acuan untuk menentukan saturasioksigen. Rasio (R) adalah jumlah perbandingan penyerapan cahaya infrared dan cahayamerah. Nilai rasio dapat dihitung dengan rumus 2.1 [1].SpO 2 ....................................2.1....................................2.2Nilai SpO 2 dapat dihitung dengan memasukkan nilai R pada persamaan linier 2.3 [2].SpO 2 = 110-25 x R ....................................2.34. PerancanganDibutuhkan beberapa modul rangkaian untuk proses pengolahan sinyal.Perancangan didasari pada Gambar 3.Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 69

Gambar 4. Diagram Blok OksimeterLED Merah dan IR perlu diberi setting timer agar LED menyala berkedip denganfrekuensi 1000Hz. Hal ini dilakukan untuk memenuhi kecepatan denyut aliran darah padaarteri. Cahaya yang diteruskan akan ditangkap oleh fototransistor TEMT6000 yang nilaikeluaran berupa tegangan analog. Fototransistor TEMT6000 ditunjukkan pada gambar 5.Gambar 5. Sensor TEMT6000Keluaran dari fototransitor kemudian dikuatkan dengan amplifier cascade.Amplifier ini memiliki penguatan sebanyak tiga kali yang terdiri dari low pass filter7Hz,high pass filter7Hz, kopling dioda germanium dan kopling kapasitor untuk membloksinyal AC dan DC pada karakter penguatan masing-masing.70 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Gambar 6. Rangkaian Penguat CascadeKeluaan tegangan dari amplifier akan diolah di rangkaian sample and hold.Rangkaian menggunakan IC CD4066 (quad bilateral switch) yang memiliki empatgerbang input dan empat gerbang output. Sinyal yang akan masuk disimpan terlebihdahulu sebelum dikeluarkan selama periode tertentu, sesuai dengan input pada pin ctrlmasing-masing. Selain itu, IC CD4066 perlu ditambah Input buffer amplifieryang mempunyai impedansi input yang tinggi. Hal ini berfungsi untuk mengurangipembebanan pada tahap sebelumnya dan mempunyai impedansi output yang rendahuntuk memungkinkan pengisian muatan dengan sangat cepat pada hold capacitor.Gambar 7. Rangkaian Sample and HoldTerdapat dua keluaran tegangan dari rangkaian sample adn hold yang kemudiandihubungkan pada pin ADC pada mikrokontroler agar tegangan yang dihasilkan akandikonversi menjadi data digital dan dihitung dengan rumus ratio saturasi oksigenJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 71

HASIL DAN PEMBAHASANPengujian ini mengambil data perubahan hasil pengukuran selama intervalsatu menit sebanyak tiga kali pengukuran di lima jari yang berbeda. Jari yangdikuru yaitu jari telunjuk, jari jempol, jari tengah, jari manis, jari kelingking.Adapun data yang didapatkan adalah sebagai berikut.Tabel 1. Nilai Pengukuran Spo2 Jari TanganSpo2 Spo2 Jari Spo2 Jari Spo2 Spo2 JariNo Telunjuk(%)Tengah(%)Manis(%)Jempol(%)Kelingking(%)1 94,16 95 92,2 92,4 90,52 92,5 92,94 91,6 91,89 95,253 93,7 90,8 92,6 91 89,8693,45 92,91 92,2 91,76 91,87SD 0,857 2,100 0,48 0,708 2,944Eror 0,917 2,260 0,52 0,772 3,205Dari data tersebut dapat dianalisa bahwa pengukuran spo2 pada jari telunjukmenunjukkan angka pengukuran paling besar dengan pengukuran yang lain.Tetapi secara keseluruhan, jari yang lain menunjukkan hasil pengukuran yangmemiliki selisih yang relatif kecil. Perbedaan ini bisa disebabkan panjang lintasantranmisi cahaya dari LED yang berbeda pada setiap jari. Semakin panjang lintasantransmisi cahaya maka semakin banyak cahaya yang diserap sehingga sedikit sajacahaya yang diteruskan. Jari jempol yang memiliki struktur lapisan jaringan yanglebih tebal atau panjang menunjukkan hasil pengukuran yang paling kecil. Selainitu ada beberapa faktor yang menyebabkan mengapa jari telunjuk menghasilkanpengukuran yang lebih besar dibandingkan dengan jari kelingking. Hal ini bisadisebabkan seperti ukuran jari yang terlalu besar, perubahan kadar Hb, aktivitasberlebihan pada saat pengukuran dan desain probe sensor yang kurang sempurna.Selain iu alat hasil penelitian dibandingkan dengan Mindrey PM50,didapatkan hasil sebagai berikut :72 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Tabel 2. Hasil Perbandingan Pengukuran AlatDari hasil tabel 2. Dapat dilihat bahwa alat masih kurang stabil dikarenakanadanya nilai toleransi eror pada komponen yang digunakan sehingga prosespembacaan ADC masih sering berubah-ubah. Selain itu bisa disebakan kondisipasien yang kurang tenang saat proses pengukuran. Oksimeter berbasismikrokontroler ATMega16 telah dibuat dan dapat bekerja dengan cukup baik.Alat penelitian mampu membedakan hasil pengukuran antara pasien satu denganyang lain dengan nilai error 2,774 % dan akurasi 97 %KESIMPULANBerdasarkan analisis data dan pembahasan yang dilakukan dalampenelitian ini dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut :1. LED merah mampu diserap sebagian oleh jaringan jari dan sebagiannyalainnya lagi ditransmisikan sehingga mampu ditangkap oleh detekorTEMP6000. Sedangkan LED hijau dan biru tidak mampu ditransmisikansehingga tidak terdeteksi oleh detektor.2. Oksimeter berbasis mikrokontroler ATMega16 telah dibuat dan dapatbekerja dengan cukup baik. Setelah dilakukan peneletian, didapatkan datadengan akurasi terbaik alat dalam mengukur SpO 2 adalah 97 % dan erorterbesarnya adalah 5,8 %.3. Pengukuran SpO 2 di lima jari yang berbeda ternyata terdapat perbedaanyang relatif kecil. Hal ini bisa disebabkan panjang lintasan transmisicahaya dari LED yang berbeda pada setiap jari.Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 73

DAFTAR PUSTAKAAdil, Ratna dan M.Rochmad.2009. Design and Analyze Detector Stress Level BasedOxihaemoglobin (HbO2) in Blood. ICICI-BME 2009 Proceedings.Surabaya: PENS.Andrianto, Heri.2008. Pemrogaman Mikrokontroler AVR ATMEGA16. Bandung:Informatika bandung.Atmel Corporation.2010.ATMega16. Tersedia : www.atmel.com. [7 Juli 2010].Hadi, Mokh. Sholihul.2008. Mengenal Mikrokontroler AVRATMega16.IlmuKomputer.com. Diakses[19 Juni 2012]Huldani.2010.Pengaruh Kadar Hemoglobin dan Jenis Kelamin terhadapKonsumsi Oksigen Maksimum Siswa-Siswi Pesantren DarulHijrah.Banjarmasin:Fakultas Kedokteran Universitas Lambung MangkuratBanjarbaru.Khandpur, R.S.2005.Biomedical Instrumentation Technology andAplications.USA: The Mebraw-Hill Companies. [1]Matviyenko, Serhiy.2010.Pulse Oximetry-Standard. San Jose: CypressCorporation.SemiconductorParumaanor, John Tinsy.2008. Visible Versus Near-Infrared Light PenetrationAnalysis In An Intralipid Suspension As It Relates To Clinical HyperspectralImages.Arlington : The University of Texas.DepthPutra, Andrey Aranta.2006.Rancang BangunMikrokontroller.Surabaya: PENS.Pulse Oximetry Digital BebasisPutri, Tyan Resa.2010.Photodiode Dan LED [Online].Tersedia :http://tyanretsa.blogspot.com. Diakses[20 Desember 2011 ]Royn.2011.Fototransistor.[Online].Tersedia:Diakses[21 Juli 2012]http://Sinelectronicblogspot.com.Thai Li, Yun.2007. Pulse Oximetry. Guildford. Department of ElectronicEngineering : University of Surrey.74 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Town, Neil.2001.Pulse Oximetry.Journal Medical Electronics.MichaelmasTerm.2001.Webster, J.G.1997. Design of Pulse Oximeters, Intitute of Physics Publishingand Philadelphia: Medical Science Series. [2]BristolWongjan, Anan dan Amphawan Julseree, members.2009. Continuous Measurementsof ECG and SpO2 for Cardiology Information System . Proceedings of the InternationalMultiConference of Engineers and Computer Scientists 2009 Vol II: HongkongYanda, Srie. 2003. Perbandingan Nilai Saturasi Oksigen Pulse oximetry dengan AnalisaGas Darah Arteri pada Neonatus yang Dirawat di Unit Perawatan Intensif Anak.Medan : USU Digital Library.Yasmin, Nilu Gede dan Christantie Effendy. 2002. Keperawatan Medikal Bedah :Klien dengan Gangguan Sistem Pernapasan. Jakarta: EGC.Young, IvenH.2003.Oximetry.[Online].Tersedia:www.australianprescriber.com/ [11Oktober 2011]Supriyanto.2007.Perambatan Gelojgmbang Elektromagnetik.Jakarta:DepartemenFisika Universitas Indonesia.Syahrul.2006.LED, Light Emitting Diode: Teknologi DanPerkembangannya.Bandung : Universitas Komputer Indonesia.Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 75

Desain Sistem Deteksi Kerusakan Jaringan Dermisdari Citra Mikroskop Digital Menggunakan MetodeEkstraksi FiturKurniastuti 1 , Y. G. Y. Yhuwana 2 , S. Soelistiono 2 , R. Apsar 1,21 Prodi S1 Teknobiomedik F.Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Surabaya2 Prodi S1 Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga SurabayaAbstrakPenelitian ini dilakukan untuk mendesain sistem deteksi kerusakan jaringan kulit mencit(mus musculus) akibat paparan laser Nd:YAG dengan dosis energi 18,8 – 53,8 J/cm 2 dari citramikroskop digital. Kerusakan jaringan kulit akibat paparan laser Nd:YAG berupa pendarahan(bleeding) dan lubang. Sampel citra yang digunakan adalah citra jaringan normal dan citra jaringanrusak. Desain sistem menggunakan pemograman Delphi dengan metode ekstraksi fitur warna dansegmentasi warna. Ekstraksi fitur warna yang digunakan dalam penelitian ini ada tiga buah yaitufitur warna jaringan normal, fitur warna pendarahan (bleeding), dan fitur warna lubang. Metodeekstraksi fitur warna dilakukan dengan menggunakan histogram untuk mengetahui intensitasdengan nilai frekuensi tertinggi secara teliti. Segmentasi warna menghasilkan daerah-daerah padacitra yang termasuk dalam rentang intensitas fitur. Hasil uji program penentuan jaringan kulitnormal dan jaringan kulit rusak pada penelitian ini menunjukkan bahwa 25 citra dari 40 citra yangdigunakan berhasil diidentifikasi sehingga tingkat keakuratan program sebesar 62,5%. Sedangkanpada hasil uji program pengukuran diameter, tingkat keakurasian sebesar 38,84% hingga 68,14%.Kata kunci : Laser Nd:YAG, Ekstraksi Fitur, Segmentasi warna, Delphi76 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

PENDAHULUANKerusakan jaringan kulit akibat paparan laser Nd:YAG secara berlebih akanmenyebabkan kulit tidak berfungsi dengan baik, sehingga perlindungan tubuh terhadapgangguan dari luar akan melemah. Kerusakan jaringan kulit yang terjadi akibat paparanlaser Nd:YAG berupa pendarahan (bleeding) dan lubang (Pribadi, 2011). Hal itudisebabkan karena adanya fenomena interaksi yang timbul saat pemaparan laser Nd:YAGterhadap jaringan kulit. Fenomena interaksi tersebut adalah fotokimia (photochemical),fototermal (phototermal), fotoablasi (photoablastion), plasma-induced ablation danfotoakustik (photodisruption). Fenomena interaksi yang terjadi pertama kali adalahfotokimia (photochemical) yang menyebabkan terjadinya efek kimia dan reaksi antaramakrokolekul dan jaringan saat energi laser diserap oleh jaringan kulit. Setelah terjadiefek kimia, temperatur pada jaringan akan meningkat (fototermal) yang menyebabkanterjadinya penguapan molekul air pada jaringan kulit dan letupan jaringan kulit yangditandai dengan penyemburan pecahan-pecahan jaringan kulit serta proses ablasi(fotoablasi). Proses ablasi tersebut akan diikuti dengan pembentukan plasma (plasmainducedablation) dan pembangkitan shock wave (photodistruption) yang menyebabkanmunculnya lubang pada jaringan kulit (Apsari, 2009).Dalam penelitian Pribadi (2011) dilakukan pemaparan laser Nd:YAG terhadapjaringan kulit mencit (mus musculus) dengan tegangan pumping sebesar 540-620 V dan740 V dan dosis energi sebesar 18,8 J/cm 2 –53,8 J/cm 2 . Dengan perlakuan perbedaanbesar dosis energi menyebabkan dampak yang muncul pada jaringan kulit akan berbeda.Hasil penelitian tersebut mengemukakan bahwa tegangan pumping yang menyebabkankerusakan pada jaringan kulit adalah 590–620 V dan 740 V serta dosis energi sebesar29,5-53,8 J/cm 2 . Dalam penelitian ini, digunakan preparat jaringan kulit mencit (musmusculus) baik jaringan normal maupun jaringan rusak yang merupakan hasil penelitianPribadi (2011) sebagai sampel image yang diteliti.Penelitian ini diawali dengan mendapatkan citra digital dari preparat jaringankulit mencit (mus musculus). Pengambilan citra dilakukan dengan menggunakanmikroskop digital. Mikroskop digital merupakan mikroskop cahaya yang telahdimodifikasi dengan kamera digital dan telah terhubung dengan perangkat lunakkomputer (Fifin, 2010). Pada umumnya, mikroskop digital telah dilengkapi denganprogram yang men-capture video menjadi citra digital. Akan tetapi dalam penelitian ini,program tersebut tidak digunakan sehingga diperlukan bantuan sebuah frame grabber.Frame grabber merupakan program yang fungsinya mengubah video menjadi citra digital(Gunadhi, 2002). Dalam penggunaannya, frame grabber dapat digunakan apabila driverJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 77

kamera telah terinstall sebelumnya. Frame grabber dibuat menggunakan pemogramanDelphi. Hasil akhir dari frame grabber adalah citra digital yang merupakan citra kontiyuf(x,y) yang sudah didiskritkan baik koordinasi spasial maupun tingkat kecerahannya.Citra digital yang dihasilkan berupa citra berwarna. Pada citra berwarna, warna pikselyang ditampilkan pada layar monitor merupakan campuran dari tiga warna dasar yaitumerah, hijau dan biru dengan nomor warna dasar mulai dari 1 hingga 3. Setiap nomorwarna dasar menginformasikan intensitas dalam menyusun suatu warna yang nilainnyaberkisar dari 0 hingga 255 pada resolusi 8 bit (Sutoyo et. al, 2009).Untuk mempermudah proses pengidentifikasian lubang, dilakukan metodeekstraksi fitur, proses untuk mendapatkan fitur-fitur yang membedakan suatu objek dariobjek yang lain (Putra, 2010). Ekstraksi fitur sendiri terbagi menjadi tiga macam yaituekstraksi fitur bentuk merupakan ekstraksi berdasarkan karakter konfigurasi permukaanyang diwakili oleh garis dan kontur, ekstraksi fitur tekstur merupakan ekstraksi yangdidasarkan pada fitur tekstur sedangkan ekstraksi fitur warna merupakan ekstraksi yangdidasarkan pada fitur warna. Pada citra berwarna yang memiliki komposisi warna R, G,dan B maka ekstraksi fitur warna dilakukan pada tiga warna (Nahari, 2010). Ekstraksifitur warna menggunakan histogram. Histogram citra adalah grafik yang menggambarkanpenyebaran nilai-nilai intensitas piksel dari sautu citra atau bagian tertentu di dalam citra.Pada citra berwarna 24 bit, histogram terdiri dari 3 buah histogram warna dasar yaituhistogram red (R), green (G), dan blue (B) dengan masing-masing histogram terdiri darinilai tingkat keabuan 0–255. Contoh sebuah histogram citra disajikan pada Gambar 2.9dengan i adalah intensitas 0 – 255 dan h i adalah histogram dari intensitas i.Gambar 2.9 Histogram citra (Putra, 2010)Dalam penelitian ini, ekstraksi fitur yang digunakan adalah ekstraksi fitur warnadisebabkan dalam citra digital jaringan kulit terdapat tiga fitur yang digunakan yaitu fitur78 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

jaringan normal, fitur pendarahan (bleeding), dan fitur lubang. Ketiga fitur tersebutmemiliki tingkat keabuan yang berbeda. Metode selanjutnya adalah segmentasi warnayang merupakan proses membagi citra menjadi daerah-daerah (region) berdasarkan warna(Gonzales, 2008). Daerah yang dimaksud adalah sekumpulan piksel yang berdekatanyang memiliki sifat yang sama. Sedangkan warna merupakan sebuah fitur dalam ruangwarna (color-space) 3-dimensi RGB yang berisi informasi yang berkenaan dengandistribusi spectral cahaya.Pada citra berwarna, fitur yang paling umum digunakan dalam proses segmentasiadalah fitur warna seperti yang dikemukakan oleh Saikumar et. al (2011). Phung et. al(2003) melakukan penelitian mengenai segmentasi terhadap kulit manusia. Fitur yangdigunakan adalah fitur warna. Untuk mendapatkan daerah kulit, menggunakan rentangwarna kulit yang dihasilkan dari segmentasi warna. Presentase error dalam segmentasiwarna relatif kecil yaitu 15,3%. Oleh karena itu, dalam penelitian ini dilakukansegmentasi warna dengan menggunakan rentang intensitas fitur jaringan normal,pendarahan (bleeding), dan lubang yang dihasilkan dari proses ekstraksi fitur.METODE PENELITIANDalam penelitian ini digunakan mikroskop digital untuk mendapatkan citradigital jaringan kulit yang berupa preparat. Komputer yang digunakan adalah Core 2 Duodengan sistem operasi Windows 7. Program dibuat dengan menggunakan bahasapemograman Borland Delphi 6 dan Matrox Inspector 2.1 sebagai software pendukung.Data merupakan hasil penelitian Pribadi (2011) sejumlah 40 buah dengan jaringan kulitnormal sebanyak 20 buah dan jaringan kulit rusak sebanyak 20 buah.Prosedur penelitian antara lain mengolah data yang berupa preparat menjadi citradigital dengan menggunakan frame grabber, citra tersebut kemudian di ekstraksi fiturwarna pada intensitas R (red), G (green), dan B(blue) dengan menggunakan histogramuntuk mengetahui rentang intensitas tiap fitur yang ada dalam citra yang dilakukandengan penge-crop-an fitur sebelumnya. Fitur yang digunakan dalam penelitian ini adalahfitur jaringan normal, fitur pendarahan (bleeding), dan fitur lubang.langkah selanjutnyaadalah segmentasi warna untuk mengetahui daerah fitur. Dari segmentasi warna dapatdiketahui citra yang termasuk citra jaringan kulit normal dan citra jaringan kulit rusakdengan menggunakan ada atau tidaknya fitur pendarahan (bleeding) dan fitur lubang.Citra yang termasuk jaringan kulit rusak kemudian dilakukan perhitungan diameterlubang menggunakan fitur lubang.Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 79

HASIL DAN PEMBAHASANFrame grabber untuk mendapatkan citra digital dan tampilan desain disajikanpada Gambar 1. Desain frame grabber diawali dengan pemilihan perangkat kamera yangakan digunakan. Video akan muncul komponen VideoWindow1 yang secara real-timeterhubung secara otomatis. Video real-time dimanfaatkan untuk mengatur letak preparatagar kamera fokus pada bagian preparat yang akan diamati sehingga terlihat jelas.Capture video yang merupakan proses pemindahan file video menjadi file image dapatdilakukan dan image hasil capture kemudian akan terlihat pada DBImage1. Padapenyimpanan image, user dapat meng-klik tombol save image yang secara otomatis akanmenyimpan image dalam bentuk file bmp. Setelah didapatkan citra digital jaringan kulit,dilakukan ekstraksi fitur warna dengan menggunakan histogram dengan tampilanprogram seperti yang disajikan pada Gambar 2.Gambar 1. Tampilan desain frame grabberGambar 2. Tampilan desain ekstraksi fitur warna dengan histogram80 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Tujuan dari proses ekstraksi fitur adalah mengetahui rentang fitur citra dengan carakarakterisasi citra menggunakan histogram. Proses untuk mendapatkan karakteristik citramenggunakan fitur citra yaitu fitur jaringan normal, fitur pendarahan (bleeding), dan fiturlubang. Fitur citra di-crop dan ditampilkan dalam bentuk histogram dengan menggunakanprogram ekstraksi fitur warna dengan histogram. Pada penelitian ini dilakukan segmentasiwarna pada R, G, dan B sehingga histogram yang ditampilkan berjumlah 3 buah yaituhistogram R, histogram G, dan histogram B. Dari histogram tersebut, akan diketahuifrekuensi kemunculan tiap intensitas pada fitur citra, dan data yang diambil adalahintensitas dengan frekuensi kemunculan tertinggi. Untuk menghindari kesalahan dalampenentuan intensitas dengan frekuensi kemunculan tertinggi, maka data histogramdipindah ke dalam bentuk tabel. Hasil run program ekstraksi fitur warna denganhistogram menghasilkan intensitas frekuensi tertinggi pada tiap fitur citra. Tabel 1, Tabel2, Tabel 3 menunjukkan rata-rata intensitas frekuensi tertinggi pada fitur jaringan normal,fitur pendarahan (bleeding) dan fitur lubang.Tabel 1. Rata-rata intensitas frekuensi tertinggi fitur jaringan normalTeganganIntensitasPumping (V)R G B540 153 115 98550 175 125 111560 185 143 122570 180 85 109580 181 138 116Tabel 2. Rata-rata intensitas frekuensi tertinggi fitur jaringan pendarahan (bleeding)TeganganIntensitasPumping (V)R G B590 255 75 85600 192 76 99610 202 86 92620 180 100 102740 175 65 64Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 81

Tabel 3. Rata-rata intensitas frekuensi tertinggi fitur lubangTeganganIntensitasPumping (V)R G B590 240 255 213600 195 158 138610 228 207 198620 191 156 111740 183 146 129Berdasarkan rata-rata intensitas frekuensi tertinggi tiap fitur yang ditunjukkan padaTabel 1, Tabel 2, dan Tabel 3 maka rentang intensitas pada tiap fitur citra diketahui.Rentang intensitas fitur yang dihasilkan adalah1. Fitur jaringan normal R = (153-181), G = (85-143), B = (98-122)2. Fitur pendarahan R = (175-255), G = (65-100), B = (64-102)3. Fitur lubang R = (183-240), G = (145-255), B = (111-213)Rentang intensitas fitur yang didapatkan digunakan dalam proses selanjutnya yaitusegmentasi warna yang akan membedakan antara jaringan kulit normal dan jaringan kulitrusak. Pada jaringan kulit rusak akan dilakukan pengukuran diameter lubang denganmenghitung jumlah piksel pada lubang pada tiap baris.Pada desain program segmentasi warna digunakan pemograman Delphi. Prosesini dilakukan dalam 4 tahap yaitu tahap pengidentifikasian pendarahan (bleeding), tahappengidentifikasian lubang, tahap penentuan posisi dan diameter lubang serta kalibrasidiameter dengan menggunakan Matrox Inspector 2.1. Tahap pengidentifikasianpendarahan (bleeding) dan lubang memanfaatkan rentang intensitas pendarahan(bleeding) dan lubang yang dihasilkan dari ekstraksi fitur. Namun karena terjadioverlapping pada rentang intensitas fitur jaringan normal dan pendarahan (bleeding),maka rentang intensitas pendarahan (bleeding) adalah diluar rentang fitur jaringannormal. Pada tahap pengidentifikasian pendarahan (bleeding), piksel yang intensitasnyatermasuk dalam rentang pendarahan (bleeding) akan berwarna biru. Hal itu sebagaipenanda letak pendarahan. Piksel yang intensitasnya termasuk dalam rentang lubang akanberwarna hijau. Akan tetapi pengidentifikasian lubang tidak hanya berdasarkan rentangfitur lubang melainkan juga berdasarkan definisi lubang yaitu daerah dengan intensitasyang berbeda dengan daerah sekitarnya yang berada di antara daerah pendarahan82 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

(bleeding) (Pribadi, 2011). Tampilan segmentasi warna pada jaringan kulit normaldisajikan pada Gambar 3 dan pada jaringan kulit rusak pada Gambar 4.Gambar 3. Tampilan segmentasi warna pada jaringan kulit normalGambar 4. Tampilan segmentasi warna pada jaringan kulit rusakPada jaringan kulit rusak dilakukan pengukuran diameter lubang. Tahappenentuan diameter lubang, perlu dilakukan rotate pada citra. Tujuan rotate adalahmengubah posisi lubang sejajar terhadap sumbu x. Hal itu disebabkan data citra daripenelitian Pribadi (2011) memiliki posisi lubang tidak sama antara satu dengan yang lain.Selain itu, sebelum dilakukan pengukuran diameter lubang, diperlukan kalibrasi pikselmenjadi mikrometer dengan menggunakan Matrox Inspector 2.1. Berdasarkan MatroxJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 83

Inspector 2.1 diketahui bahwa kalibrasi 1 piksel = 1,923 µm. Akan tetapi perlu diingatbahwa data citra yang diproses ini telah mengalami proses resize 25% sehingga sebelumdikalibrasi dari piksel ke mikrometer, panjang piksel dikalikan dengan 4 untukmendapatkan panjang piksel dalam ukuran sebenarnya (100%). Perhitungan kalibrasitersebut sudah terdapat dalam program penentuan diameter lubang sehingga diameterlubang yang terlihat dalam program sudah bersatuan mikrometer. Tampilan kalibrasidisajikan pada Gambar 5.Gambar 5. Tampilan Matrox Inspector 2.1 dalam kalibrasi pikselPada program penentuan jaringan kulit normal dan rusak, didapatkan bahwa dari40 buah citra digital yang digunakan sebanyak 25 citra berhasil dideteksi dengan benarsehingga tingkat akurasinya sebesar 62,5%. Sedangkan untuk pengukuran diameterlubang tingkat keakurasiannya berkisar antara 38,84% hingga 68,14%. Tabel 4 dan Tabel5 menunjukkan hasil run program penentuan citra jaringan normal dan citra jaringanrusak dan hasil run program pengukuran diameter lubang.84 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Tabel 4. Hasil run program penentuan citra jaringan normal dan citra jaringan rusakTegangan pumping (V) Dosis energi Hasil run program Benar (√) atau salah (x)(J/cm 2 )540 (1) 18,8 Jaringan normal √540 (2) 18,8 Jaringan normal √540 (3) 18,8 Jaringan normal √540 (4) 18,8 Jaringan normal √540 (5) 18,8 Jaringan normal √550 (1) 23,9 Jaringan normal √550 (2) 23,9 Jaringan normal √550 (3) 23,9 Jaringan normal √550 (4) 23,9 Jaringan normal √550 (5) 23,9 Jaringan normal √560 (1) 21,1 Jaringan normal √560 (2) 21,1 Jaringan normal √560 (3) 21,1 Jaringan normal √560 (4) 21,1 Jaringan normal √560 (5) 21,1 Jaringan normal √570 (1) 21,5 Jaringan normal √570 (2) 21,5 Jaringan normal √570 (3) 21,5 Jaringan normal √580 (1) 25,6 Jaringan normal √580 (2) 25,6 Jaringan normal √590(1) 31,3 Jaringan normal x590(2) 31,3 Jaringan normal x590(3) 31,3 Jaringan normal x600(1) 29,5 Jaringan rusak √600(2) 29,5 Jaringan rusak √600(3) 29,5 Jaringan rusak √600(4) 29,5 Jaringan rusak √600(5) 29,5 Jaringan normal x610(1) 32,0 Jaringan normal x610(2) 32,0 Jaringan normal x610(3) 32,0 Jaringan normal x610(4) 32,0 Jaringan normal x610(5) 32,0 Jaringan normal x620(1) 35,7 Jaringan normal x620(2) 35,7 Jaringan normal x620(3) 35,7 Jaringan normal x620(4) 35,7 Jaringan normal x620(5) 35,7 Jaringan normal x740(1) 53,8 Jaringan rusak √740(2) 53,8 Jaringan normal xJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 85

Tabel 2. Hasil run program pengukuran diameter lubangNo. Tegangan pumping(V)Dosis energi(J/cm 2 )Diameter lubang(µm)1. 600(1) 29,5 138,4562. 600(2) 29,5 169,2243. 600(3) 29,5 169,2244. 600(4) 29,5 169,2245. 740(1) 53,8 153,84Tingkat keakurasian pada penelitian ini tergolong rendah disebabkan karena padapenelitian ini hanya menggunakan ekstraksi fitur warna sebagai fitur pembedanya. Padaumumnya untuk melakukan segmentasi pada kulit setidaknya diperlukan minimal duafitur diantaranya adalah fitur warna dan tekstur seperti pada penelitian Nammalwar et. al(2009) yang melakukan segmentasi pada image kanker kulit menggunakan fitur warnadan tekstur. Kanker kulit menyebabkan adanya luka pada kulit. Untuk menganalisa lukapada kulit yang harus dilakukan adalah mengetahui lokasi luka secara akurat danmemisahkan daerah luka. Fitur warna dan tekstur digunakan untuk membedakan warnateksturluka dari kulit normal. Penyebaran fitur tersebut didasarkan pada struktur tepi danwarna image. Selain itu, pada penelitian Phung et. al (2003) melakukan segmentasiterhadap kulit manusia dengan presentasi error sebesar 15,3%.Jiang et. al (2005) mendeteksi kulit dengan menggunakan tiga fitur sekaligusyaitu fitur warna, tekstur dan jarak. Deteksi kulit pada penelitian ini adalah memisahkandaerah kulit dengan daerah bukan kulit misalnya mata, rambut dan bibir pada area wajah.Proses segmentasi pada penelitian ini menunjukkan tingkat keakurasian tinggi yaitusebesar 94,8%.Fitur tekstur itu sendiri adalah keteraturan pola-pola tertentu yang terbentuk darisusunan piksel-piksel dalam citra digital. Sedangkan segmentasi tekstur merupakanproses yang membagi suatu citra ke dalam beberapa daerah dimana tekstur dianggapkonstan. Oleh karena itu, segmentasi tekstur lebih ditekankan pada penentuan batas-batasantar daerah-daerah di dalam citra dengan tekstur yang berbeda secara otomatis(Nammalwar et. al, 2009). Untuk mengoptimalisasi hasil, penelitian deteksi kerusakanjaringan dermis dan pengukuran diameter lubang dapat disarankan untuk menggunakanfitur warna, fitur tekstur, struktur tepi dan jarak untuk mendapatkan batas daerah lubangyang lebih akurat sehingga penentuan citra jaringan kulit normal dan citra jaringan kulitrusak serta pengukuran diameter lubang dapat terdeteksi lebih akurat.86 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

SIMPULAN DAN SARANSistem deteksi kerusakan jaringan dermis dengan metode ekstraksi fitur dapatdigunakan sebagai alat bantu menentukan citra jaringan kulit normal dan citra jaringanrusak dengan tingkat keakurasian 62,5 % dan tingkat keakurasian pengukuran diameterlubang berkisar 38,84% sampai 68,14%.Dengan mengetahui tingkat keakurasian program dalam penelitian ini, maka untukmeningkatkan tingkat keakurasian program dapat menggunakan fitur lain dalam citramisalnya fitur tekstur pada citra. Atau dapat juga dilakukan penggunaan dua fitursekaligus yaitu fitur warna dan tekstur dengan menggunakan metode segmentasi warnadan tekstur serta struktur tepi dan jarak.DAFTAR PUSTAKAApsari, Retna. 2009. Sistem Fuzzy Berbasis Laser Speckle Imaging untuk DeteksiKualitas Enamel igi Akibat Paparan Laser Nd:YAG. Disertasi.ProgramPascaSarjana. Universitas Airlangga. Surabaya.Apsari, R, Noriah Bidin, Suhariningsih. 2008. Karakteristik Output Laser Nd:YAGDengan Q-Switch dan tanpa Q-Switch Untuk Aplikasi Diagnosis Pada Bidangedokteran Gigi. Prosiding Seminar Nasional IV. Universitas TeknologiYogyakarta. Yogyakarta.Fifin, D.R. 2010. Pengenalan Pola Citra Leukosit Dengan Metode Ekstraksi FiturCitra. Jurnal Pendidikan Fisika Indonesia 6 (2010) 133-137.Gonzales. 2008. Digital Image Processing. 3 rd edition. United State of America : PrenticeHall.Gunadhi, Albert. 2002. Sensor Warna Dengan Menggunakan Kamera Video BerbasisKomputer Pribadi. Jurusan Teknik Elektro. Universitas Widya Mandala Surabaya.Jiang, Zhiwei, Yao, Min, Jiang, Wei. 2005. Skin Detection Using Color, Texture andSpace Information. College of Computer Science. Zhejiang University. Hangzhou.China.Nahari, Anugrah. 2010. Implementasi Temu Kembali Citra Mammogram DenganJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 87

Teknik Ekstraksi Fitur Tekstur dan Fitur Bentuk. Internetwork IndonesiaJurnal.Vol.1. No.1.Nammalwar, Padmapriya, Ghita, Ovidiu, Whelan, Paul F. 2009. Segmentation of SkinCancer Images. Vision Systems Group. Centre for Image Processing and Analysis.School of Electronic Engineering. Dublin City University. Ireland.Phung, Son Lam. Bouzerdoum, Abdesselam. Chai, Douglas. 2003. Skin SegmentationUsing Color and Edge Information. School of Engineering and Mathematics. EdithCowan University. Perth. Australia.Putra, Dharma. 2010. Pengolahan Citra Digital. Penerbit ANDI.Yogyakarta.Pribadi, Siswanto. 2011. Pengaruh Paparan Laser Nd:YAG Q-Switch Secara in-vivoTerhadap Kerusakan Jaringan Kulit Mencit (Mus Musculus). Program Studi S1Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya.Saikumar, Tara. Yugander, P. Murthy, P. Sreenivasa. Smitha, B. 2011. Colour BasedImage Segmentation Using Fuzzy C-Means Clustering. International Conferenceon Computer and Software Modelling IPCSIT. Volume 14. Year 2011. LACSITPress. Singapore.Sutoyo,T. Edy Mulyanto. Oky Dwi Nurhayati. Wijanarto. Vincent Suhartono. 2009. TeoriPengolahan Citra Digital.Penerbit ANDI. Semarang.88 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

SINTESIS KOMPOSIT KOLAGEN-HIDROKSIAPATITSEBAGAI KANDIDAT BONE GRAFTMiranda Zawazi Ichsan 1 , Siswanto 2 , Dyah Hikmawati 31 Program Studi Teknobiomedik Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga2,3 Staf Pengajar Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : miranda_zi@yahoo.comABSTRAKTelah dilakukan sintesis makroporus komposit kolagen-hidroksiapatit sebagai kandidatbone graft. Kolagen disintesis dari cakar ayam. Metode yang dilakukan adalah dengan teknikfreeze dry dengan variasi lama pembekuan 2, 4, dan 6 jam pada suhu -80°C. Proses selanjutnyadengan pengeringan dalam liyophilizer. Hasilnya dikarakterisasi dengan menggunakan FTIR,SEM, dan diuji kekuatan tekan dengan Autograf serta uji sitotoksisitas dengan MTT assay. HasilFTIR membuktikan serapan kolagen dan hidroksiapatit tergabung secara kimia ditunjukkandengan serapan gugus fungsi yang tidak berhimpit antara gugus fungsi kolagen dan hidroksiapatitdengan komposit. Ukuran pori terbesar diperoleh pada waktu pembekuan selama 2 jam yaitusebesar 774 µm dan yang terkecil pada pembekuan selama 6 jam yaitu sebesar 640 µm Hasil ujikekuatan tekan komposit untuk pembekuan selama 2, 4, dan 6 jam masing-masing 737 KPa, 842KPa dan 707.7 KPa. Hasil uji sitotoksisitas dengan MTT assay menunjukkan komposit tidaktoksik dengan persentase sel hidup di atas 100%.Kata kunci : Komposit Kolagen-Hidroksiapatit, Makroporus, Bone GraftJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 89

PENDAHULUANSetiap tahun kebutuhan bone graft terus bertambah. Hal ini disebabkan olehmeningkatnya jumlah kecelakaan yang mengakibatkan patah tulang, penyakit bawaan,dan non bawaan. Berdasarkan data di Asia Indonesia adalah Negara dengan jumlahpenderita patah tulang tertinggi. Diantaranya, ada sebanyak 300-400 kasus operasi bedahtulang per bulan di RS. Dr. Soetomo Surabaya (Gunawarman dkk, 2010).Bagian tubuh yang paling sering terjadi patah tulang adalah bagian panggul,pergelangan kaki, tibia, dan fibula (Ficai et al., 2011). Bone graft yang biasanyadigunakan adalah autograft dan allograft. Namun, autograft dan allograft tidak dapatmemenuhi keseluruhan kebutuhan bone graft yang terus meningkat. Upaya untukmengatasi masalah ini adalah penggunaan bone graft sintetis.Syarat yang harus dipenuhi oleh bone graft sintetis adalah dapat diterima tubuhatau biokompatibel dan menguntungkan bagi proses osteokonduksi, osteoinduksi, danosteogenesis tulang. Osteokonduktif dan osteoinduktif adalah hal terpenting untukbiomaterial resorbable guna mengarahkan dan mendorong formasi pertumbuhan jaringan(Wahl dan Czernuszka, 2006). Osteokonduktif dan osteointegrasi dari bone graftberhubungan dengan tingkat porositas dan ukuran pori (Develioglu et al. 2005).Berdasarkan penelitian sebelumnya, persyaratan minimum untuk ukuran poridianggap ~100µm karena ukuran sel, persyaratan migrasi dan transport sel. Namun,dianjurkan ukuran pori >300 µm karena meningkatkan pembentukan tulang baru danpembentukan kapiler (Karageorgiou, 2005). Makroporositas yang tinggi dapatmeningkatkan pembentukan tulang, akan tetapi nilai yang lebih tinggi dari 50% dapatmengakibatkan hilangnya sifat mekanik biomaterial (Lu JX et al., 1999).Bone graft sintetis yang baik adalah bone graft yang secara struktur dankomposisi mirip dengan tulang alami. Komposit kolagen-hidroksiapatit adalah bone graftsintetis yang sangat mirip dengan tulang dari banyak sudut pandang. Tulang terdiri darikolagen dan hidroksiapatit sebagai komponen utama dan beberapa persen dari komponenlainnya (Vaccaro, 2002). Komposit kolagen-hidroksiapatit saat ditanamkan dalam tubuhmanusia menunjukkan sifat osteokonduktif yang lebih baik dibandingkan denganhidroksiapatit monolitik dan menghasilkan kalsifikasi matriks tulang yang persis sama(Serre et al., 1993; Wang et al., 1995). Selain itu, komposit kolagen-hidroksiapatitterbukti biokompatibel baik pada manusia maupun hewan (Serre et al., 1993; Scabbia danTrombelli., 2004).90 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Upaya untuk mendapatkan komposit dengan struktur dan komposisi yang samadengan tulang alami adalah mengolaborasikan beberapa metode sintesis. Kunci dalamsintesis makroporus salah satunya adalah dengan variasi laju pembekuan (Wahl danCzernuszka, 2006). Metode sintesis yang paling berguna untuk fabrikasi material porousadalah metode freeze-drying. Pada metode freeze-drying, pengendalian pertumbuhankristal es sangat penting untuk mendapatkan diameter dan bentuk pori yang sesuai, karenastruktur pori adalah replikasi dari jeratan dendrite kristal es. Pada prinsipnya metodefreeze-drying terdiri atas dua urutan proses, yaitu pembekuan yang dilanjutkan denganpengeringan. Diameter pori dapat dikontrol pada tahap pembekuan. Pada penelitian ini,kontrol ukuran makroporus komposit dilakukan dengan beberapa variasi waktupembekuan.BAHAN DAN METODEBahan yang digunakan untuk membuat komposit kolagen-hidroksiapatit berporusdengan teknik freeze-drying adalah hidroksiapatit bubuk dengan ukuran butir 150-355µm, HCL, NaOH, Na 2 HPO 4 , CH 3 COOH, NH 3 , asam fosfat dan aquades. Hidroksiapatityang digunakan berasal dari tulang sapi dan kolagen diekstraksi dari cakar ayam.Kolagen diekstraksi dari cakar ayam broiler. Ekstraksi kolagen dari cakar ayamdigunakan metode Prayitno (2007) dimodifikasi. Cakar ayam yang digunakan berasal daripenjual daging ayam di pasar Manukan Kulon Surabaya.Cakar ayam yang telah terkumpul dicuci bersih dan disimpan dalam freezer.Penyimpanan dalam freezer dimaksudkan supaya cakar ayam tidak membusuk. Cakarayam dikeluarkan dari freezer kemudian dipisahkan dari tulangnya dengan dipotongpotongmenggunakan pisau untuk memudahkan proses penghancuran. Potongan cakarselanjutnya dihancurkan dengan blender. Reduksi ukuran ini untuk mempermudah prosesperegangan kolagen oleh larutan asam. Cakar yang telah hancur ditimbang sebanyak 100gram kemudian direndam selama 24 jam dengan larutan HCL 5% dengan volume 8 kaliberat sampel. Selama perendaman, sampel disimpan dalam kulkas.Setelah mencapai waktu perendaman, cairan dipisahkan melalui penyaringandengan kain mori. Filtrat (cairan hasil penyaringan) ditambah larutan NaOH 1 N sampaimencapai pH netral dan didiamkan sampai kolagen menggumpal. Saat mendekati pHnetral, terlihat gumpalan sedikit demi sedikit mulai teramati. Begitu mencapai pH netral,serabut-serabut kolagen mulai terbentuk dan menyatu sehingga terlihat gumpalan yangnyata. Gumpalan kolagen terbentuk sempurna pada pH netral (pH 7). SelanjutnyaJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 91

gumpalan kolagen disaring dengan kertas saring. Kolagen yang dihasilkan dikeringkandengan metode freeze- dry.Sintesis Komposit Kolagen-HidroksiapatitSintesis komposit kolagen-hidroksiapatit dengan metode freeze-drying dimulaidengan pencampuran kolagen dan hidroksiapatit dengan rasio 20:80. Sebelum dua bahandicampur, kolagen dan hidroksiapatit dilarutkan terlebih dahulu untuk mendapatkancampuran yang homogen.Kolagen dilarutkan dengan asam asetat dengan perbandingan 1:1. Selanjutnyaditambahkan dengan Na 2 HPO 4 . H 2 O dengan rasio 1:1. Campuran dinetralkan denganNaOH 1M. Adapun hidroksiapatit dilarutkan dengan asam fosfat. Perbandinganhidroksiapatit asam fosfat yaitu 1:4. Larutan hidroksiapatit selanjutnya dinetralkandengan NH 3 tetes demi tetes dengan pipet gelas. pH netral diukur dengan menggunakankertas lakmus asam basa. Larutan hidroksiapatit dan larutan kolagen yang telah netraldicampur sambil diaduk perlahan-lahan. Campuran kolagen hidroksiapatit dimasukkan kedalam wadah tabung silinder setinggi 2 cm dan dilabeli. Selanjutnya dibekukan dengansuhu -80 °C dengan waktu pembekuan 2 jam, 4 jam, dan 6 jam. Komposit kolagenhidroksiapatityang telah kering dikeluarkan dari cetakan untuk dikarakterisasi.HASIL DAN PEMBAHASANHasil sintesis kolagen berbentuk serbuk berwarna putih kekuningan yang tampakpada Gambar 1. Kolagen hasil sintesis diuji dengan FTIR diperoleh grafik transmisi (%)terhadap bilangan gelombang (cm -1 ) pada Gambar 2.Gambar 1 Kolagen hasil sintesis92 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Gambar 2 Hasil Uji FTIR Serbuk Kolagen Cakar ayamGrafik hasil uji FTIR pada Gambar 2 dianalisis dengan membandingkan pitaabsorbs yang terbentuk pada spektrum inframerah menggunakan tabel korelasi danmenggunakan spektrum senyawa pembanding yang sudah diketahui.. Hasil perbandinganspektrum inframerah kolagen dengan tabel korelasi disajikan pada Tabel 1.Tabel 1 Karakteristik absorbsi kolagen hasil ekstraksi dari cakar ayamNoRentang Peak Ikatanfrekuensi (cm -1 ) (cm -1 )1 3500-3300 3409 N-H2 3000-2500 2927 O-H3 3000-2500 2857 O-H4 1760-1670 1746 C=O5 1640-1660 1651 N-H6 1500-1600 1546 N-H7 1470-1350 1458 C-H8 1340-1020 1160 C-N9 1340-1020 1100 C-N10 1000-675 917 C-H11 870-675 723 C-H12 870-675 686 C-H13 700-610 647 C-HSpektrum utama dari kolagen adalah adanya amida I banding yang muncul daristretching vibration C=O (karbonil) grup amida dari protein. Amida I ditemukan pada1651 cm -1 , amida II ditemukan pada 1546 cm -1 dan amina C-N ditemukan pada 1100cm -1dan 1159 cm -1 . Amina N-H ditemukan pada 3409 cm -1 . Hasil perbandingan grafik FTIRJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 93

kolagen dari cakar ayam dengan kolagen murni pada Kirubanandan, 2010 menunjukkanpita serapan yang mirip dan gugus yang sama. Hasil perbandingan pita absorbs dengantabel korelasi ataupun dengan senyawa pembanding yang telah diketahui menunjukkanbahwa kolagen cocok sebagai bahan untuk sintesis komposit.Komposit kolagen-hidroksiapatit hasil sintesis menggunakan metode freeze-drydengan variasi pembekuan 2, 4 dan 6 jam tampak pada Gambar.3. Komposit dengan 2jam pembekuan diuji dengan FTIR. diperoleh grafik pada Gambar 4.Grafik hasil uji FTIR dianalisis dengan membandingkan pita absorbs yangterbentuk pada spektrum inframerah menggunakan tabel korelasi. Hasil perbandingan pitaabsorbs disajikan pada Tabel 2.Tabel 2 Karakteristik absorbsi komposit kolagen-hidroksiapatitNoRentangfrekuensi(cm -1 )Peak(cm -1 )Ikatan1 3640-3160 3232 O-H2 3000-2500 3081 O-H3 2960-2850 2873 C-H4 2260-2100 2202 C≡C5 1760-1670 1716 C=O6 1600-1700 1672 N-H7 1500-1600 1519 N-H8 1470-1350 1460 C-H9 1470-1350 1405 C-H10 1340-1020 1200 C-N11 1340-1020 1074 C-N12 900-1200 10183-PO 413 900-1200 9663-PO 414 500-600 553 C-XPuncak karakteristik HA adalah pada panjang gelombang 500 cm -1 -600 cm -1 .Pada hasil FTIR komposit kolagen-hidroksiapatit, ditemukan pada panjang gelombang553 cm -1 . Puncak karakteristik kolagen ditemukan pada 2873 untuk CH stretching, 1716cm -1 untuk C=O grup, dan di atas 3000 cm -1 untuk N-H. Amida I banding antara panjanggelombang 1600 cm -1 -1700 cm -1 dan PO 3- 4 banding antara 900 cm -1 -1200 cm -1 .Data serapan gugus fungsi pada spektrum FTIR digunakan untuk mengetahuijenis reaksi yang terjadi. Jika data berimpit dengan data spektrum FTIR bahan yangdigunakan, maka proses yang terjadi merupakan proses fisika. Sedangkan jika data tidak94 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

erimpit maka proses yang terjadi adalah rekasi kimia. Berdasarkan perbandingan hasilFTIR kolagen, hidroksiapatit, dan komposit diperoleh reaksi yang terjadi pada prosessintesis komposit kolagen-hidroksiapatati adalah reaksi kimia.(a) (b) (c)Gambar 3 Komposit Kolagen-Hidroksiapatit dengan:(a) 2 jam pembekuan, (b) 4 jam pembekuan dan (c) 6 jam pembekuanGambar 4 Hasil FTIR komposit kolagen-hidroksiapatitBentuk MakroporusMakroporus yang terbentuk dengan metode freeze-drying pada penelitian inimenghasilkan ukuran pori yang tidak merata. Pada metode freeze-drying, pengendalianpertumbuhan kristal es sangat penting untuk mendapatkan diameter dan bentuk pori yangsesuai. Diameter pori dikontrol pada tahap pembekuan. Pembekuan dilakukan padatemperatur -80°C dengan tiga variasi waktu pembekuan yaitu 2,4, dan 6 jam. Hasil citraSEM dengan perbesaran 1000x menunjukkan perbedaan yang signifikan. PerbedaanJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 95

yang dapat diamati adalah bentuk makroporus, kekasaran permukaan, dan polapenggabungan kolagen dengan hidroksiapatit pada komposit.Pada Gambar 5 terlihat bentuk makroporus komposit tidak merata. Pembekuanpada suhu -80°C selama dua jam membentuk dendrite kristal es yang tidak teratursehingga ukuran makroporus tidak seragam dan tidak ada cross link. Kolagen tampakberbentuk jarum panjang yang menjulang. Serabut kolagen bergabung dalam ikatanlapisan hidroksiapatit yang tipis. Serabut kolagen berperan sebagai serat komposit danhidroksiapatit berperan sebagai matriks komposit. Secara makro, permukaan kompositterlihat kasar.Komposit yang dibekukan selama empat jam pada gambar 6 tampak lebih padatdibandingkan komposit yang dibekukan selama dua jam. Serabut kolagen tidak dapatdibedakan dengan jelas seperti pada Gambar 4.5. Gabungan kolagen dan hidroksiapatitpada komposit menyatu dengan baik sehingga tidak terlihat batas antara keduanya.Secara makro, komposit terlihat lebih halus dibandingkan dengan komposit yangdibekukan selama dua jam.Gambar 5. Permukaan mikroskopis komposit dengan 2 jam pembekuanGambar 6. Permukaan mikroskopis komposit dengan 4 jam pembekuan96 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Gambar 4.7 Permukaan mikroskopis komposit dengan 6 jam pembekuanKomposit kolagen-hidroksiapatit dengan pembekuan selama enam jam tidaksepadat komposit dengan pembekuan selam empat jam. Secara makro, permukaankomposit terlihat kasar. Serabut kolagen tampak lebih pendek jika dibandingkan dengankolagen pada komposit yang dibekukan selama dua jam. Kolagen bergabung denganhidroksiapatit dan masih terlihat batas antara kolagen dengan hidroksiapatit.Komposit yang diberi waktu pembekuan berbeda menghasilkan kekasaran yangberbeda dan pola gabungan yang berbeda. Ditinjau dari batas antara kolagen denganhidroksiapatit dalam komposit, komposit yang dibekukan selama dua jam bergabungdengan baik sehingga membentuk kerapatan yang besar. Kontrol lama waktu pembekuandengan variasi waktu pembekuan pada suhu -80°C dapat membentuk makroporus dengantopografi permukaan yang berbeda-beda. Namun, metode ini tidak dapat membentukmakroporus dengan bentuk dan ukuran yang seragam dan teratur sehingga tidak ada crosslink antar pori. Hal ini terjadi karena struktur pori adalah replikasi dari jeratan dendritkristal es. Kristal es yang terbentuk selain bergantung pada suhu pembekuan dan lamapembekuan, juga bergantung pada konsentrasi zat terlarut dalam komposit.Ukuran MakroporusHasil analisis topografi komposit menunjukkan perbedaan dalam bentuk danpola persenyawaan kolagen dengan hidroksiapatit. Selain bentuk dan modelpersenyawaan, ukuran makroporus yang dihasilkan juga berbeda-beda dan tidak merata.Gambar 8 menunjukkan rata-rata ukuran pori yang terbentuk pada komposit kolagenhidroksiapatitdengan beberapa variasi pembekuan.Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 97

Ukuran Makroporus(µm)10008006004002000774Sampel 2jam675 640Sampel 4 Sampel 6jam jamGambar 8 Rata-rata Ukuran makroporus yang terukurRata-rata ukuran pori terbesar yang terbentuk pada komposit kolagenhidroksiapatitadalah pada pembekuan selama dua jam yaitu sebesar 774 µm. Sedangkanrata-rata ukuran pori yang terkecil yaitu 640 terbentuk pada waktu pembekuan selamaenam jam. Berdasarkan penelitian sebelumnya, persyaratan minimum untuk ukuran poridianggap ~100µm karena ukuran sel, persyaratan migrasi dan transport sel. Namun,dianjurkan ukuran pori lebih besar dari 300 µm karena meningkatkan pembentukantulang baru dan pembentukan kapiler (Karageorgiou, 2005). Komposit kolagenhidroksiapatityang disintesis dengan ketiga variasi waktu pembekuan dapat memenuhistandar ukuran pori yang dianjurkan.O’Brien et al. tahun 2004 telah melakukan sintesis scaffold kolagen-GAG denganvariasi laju pembekuan 0.6°C , 0.7°C, 0,9°C, dan 4.1°C per menit. Hasilnyamenunjukkan bahwa ukuran pori scaffold kolagen-GAG terbesar yaitu ± 130 µmdidapatkan pada laju pembekuan 0.6°C per menit. Hal ini membuktikan bahwa lajupembekuan yang semakin rendah menghasilkan ukuran pori yang semakin besar. Dalampenelitian ini, diperoleh hasil bahwa dengan waktu pembekuan yang paling cepat yaitu 2jam menghasilkan ukuran pori yang paling besar.Yunoki et al. tahun 2006 yang telah melakukan sintesis komposit kolagenhidroksiapatitdengan suhu pembekuan -20°C dengan metode freeze-drying,menghasilkan komposit dengan ukuran pori sebesar 200-500 µm. Jika dibandingkandengan hasil penelitian ini, maka pembekuan dengan suhu -80°C dapat menghasilkanukuran pori yang lebih besar. Hal ini terjadi karena semakin rendah suhu pembekuan,semakin cepat komposit membeku, sehingga semakin cepat pula terbentuknya dendritekristal es.98 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

KekuatanTekan (KPa)Hasil Uji Kekuatan TekanPengujian sifat mekanik kekuatan tekan pada Gambar 9 menunjukkan bahwakomposit yang dibekukan selama 2 jam dengan porositas sebesar 52% memiliki kekuatantekan yang lebih rendah dibandingkan komposit yang dibekukan selama 4 jam. Kompositdengan 4 jam pembekuan memiliki densitas yang paling tinggi sehingga mempengaruhisifat biomekanik.9008007006008427377082 jam 4 jam 6 jamGambar 9Diagram pengaruh waktu pembekuan terhadap kekuatan tekanKomposit yang dibekukan selama 4 jam memiliki kekuatan tekan yang palingtinggi yaitu sebesar 842 KPa dibandingkan dengan sampel yang lain. Sedangkan yangpaling rendah adalah yang dibekukan selama 6 jam yaitu 708 KPa. Dibandingkan dengansifat biomekanik tulang sehat, nilai kekuatan tekan komposit yang dihasilkan masihbelum memenuhi standar yaitu 2-12 MPa,Hasil Uji SitotoksisitasSelain bentuk pori yang terbentuk dan struktur jalinan kolagen denganhidroksiapatit, biokompatibilitas adalah salah satu hal terpenting dalam aplikasi.Sitotoksisitas suatu material adalah tahap awal dalam penentuan biokompatibilitasmaterial implant. Uji MTT adalah salah satu metode yang digunakan dalam uji sitotoksik.Hasil Pengamatan sel hidup dengan mikroskop ditunjukkan pada Gambar 10.Sel hidupGambar 10 Sel Hidup Hasil Uji MTTJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 99

Persentase Sel Hidup (%)110109108107106105104103102101100103.6105.6108.9Gambar 11. Hasil Uji Sitotoksisitas dengan Metode MTTPersentase sel hidup yang di dapatkan dari uji MTT pada Gambar 11membuktikan ketoksikan senyawa bahan dan komposit. Grafik hasil uji MTTmenunjukkan kolagen dan hidroksiapatit tidak toksik karena persentase sel hidup di atas100%. Komposit kolagen–hidroksiapatit meningkatkan persentase sel hidup. Hal inimembuktikan bahwa penggunaan kolagen dan hidroksiapatit secara bersama-samamenguntungkan dalam hal pertumbuhan sel. Kolagen dan hidroksiapatit dibuktikan dapatmeningkatkan diferensiasi osteoblas (Xie et al., 2004), tapi dikombinasikan bersamasamaterbukti mempercepat osteogenesis. Komposit kolagen-hidroksiapatit saatditanamkan dalam tubuh manusia menunjukkan sifat osteokonduktif yang lebih baikdibandingkan dengan hidroksiapatit monolitik dan menghasilkan kalsifikasi matrikstulang yang persis sama (Serre et al., 1993; Wang et al., 1995).Potensi sebagai Kandidat Bone GraftBentuk pori yang terbentuk dan struktur jalinan kolagen dengan hidroksiapatitdalam komposit adalah dua hal penting yang berpengaruh pada proses regenerasi tulang.Persenyawaan antara kolagen dan kristal hidroksiapatit bertanggung jawab atas dayatekan dan daya regang tulang yang besar. Cara penyusunan tulang serupa denganpembuatan palang beton. Serat-serat kolagen seperti batang-batang baja pada beton danhidroksiapatit serta garam-garam tulang yang lain sama seperti semen, pasir dan batupada beton tersebut. Analisis topografi komposit dengan SEM menunjukkan polagabungan kolagen dengan hidroksiapatit yang sesuai dengan analogi beton di atas.100 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Selain bentuk pori yang terbentuk dan struktur jalinan kolagen denganhidroksiapatit, biokompatibilitas adalah salah satu hal terpenting dalam aplikasi. Syaratyang harus dipenuhi oleh bone graft sintetis adalah dapat diterima tubuh ataubiokompatibel dan menguntungkan bagi proses osteokonduksi, osteoinduksi, danosteogenesis tulang. Berdasarkan tinjauan sitotoksik, komposit kolagen-hidroksiapatitterbukti tidak toksik bahkan meningkatkan persentase sel hidup dibandingkan dengankolagen atau hidroksiapatit monolitik. Secara fisik, bentuk permukaan komposit cocoksebagai media perlekatan sel. Ukuran makroporus komposit yang besar dengan rata-rataberukuran antara 640-774 µm mendorong proses osteokonduksi tulang. Ditinjau dari polapersenyawaan kolagen dengan hidroksiapatit, kerapatan, ukuran makroporus, dankekuatan tekan, komposit yang dibekukan selama 4 jam lebih cocok sebagai kandidatbone graft dibandingkan dengan komposit 2 dan 6 jam pembekuan.KESIMPULANKontrol waktu pembekuan mempengaruhi ukuran makroporus dan sifatmekaniknya. Komposit dengan ukuran pori terbesar diperoleh dengan 2 jampembekuan yaitu 774 µm dan yang terkecil pada pembekuan selama 6 jam yaitu640 µm. Komposit dengan pembekuan 4 jam memiliki rata-rata ukuranmakroporus 675 µm dengan kekuatan tekan paling besar yaitu 842 KPa.Komposit kolagen-hidroksiapatit terbukti non-toksik dengan persentase sel hidupdi atas 100%.Ucapan TerimakasihTerimakasih kepada Dr. Prihartini Widiyanti, drg., M.Kes dan Dr.Ferdiansyah, dr., SPOT atas saran dan kritik dalam penelitian ini.DAFTAR PUSTAKAAnselme, K. 2000. Osteoblast adhesion on biomaterials. Biomaterials 21, 667.Attaf, Brahim .2011..Advances in Composite Materials for Medicine andNanotechnology. Tech Janeza Trdine 9, 51000 Rijeka, CroatiaChang, M. C. and Tanaka, J. 2002. FT-IR study for hydroxyapatite/collagennanocomposite cross-linked by glutaraldehyde. Biomaterials 23:4811–818.Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 101

Develioglu, H., Koptagel, E., Gedik, R. and Dupoirieux, L. 2005. The effect of abiphasic ceramic on calvarial bone regeneration in rats. Journal of OralImplantology 31(6):309-312.Ficai, A., Andronescu, E., Voicu, G., Ficai, D. 2011. Advances inCollagen/Hidroxyapatite Composite Material. InTechGunawarman, Malik, A., Mulyadi S., Riana, Hayani, A. 2010. Karakteristik Fisikdan Mekanik Tulang Sapi Variasi Berat Hidup sebagai Referensi DesainMaterial Implan. Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNMTTM)ke-9Karageorgiou V, Kaplan D .2005. Porosity of 3D biornaterial scaffolds andosteogenesis. Biomaterials 26:5474-5491.Kirubanandan, S dan Sehgal, P.K, 2010. Regeneration of Soft Tissue UsingPorous Bovine Collagen Scaffold. Journal of Optoelectronics andBiomedical Materials. Vol. 2.Laurencin C, Khan Y, El-Amin SF (2006) Bone graft substitutes. Expert Rev MedDev 3: 49-57.Lu JX, Flautre B et al. 1999. Role of interconnections in porous bioceramics onbone recolonization in vitro and vivo. J Mater Sci Mater Med 10:111–120.Meiyanto, E., Sugiyanto, Murwanti, R., 2003, Efek Antikarsinogenesis EkstrakEtanolik Daun Gynura procumbens (Lourr) Merr pada Kanker PayudaraTikus yang Diinduksi dengan DMBA, Laporan Penelitian Hibah BersaingXI/1 Perguruan Tinggi, Fakultas Farmasi Universitas Gadjah Mada,Yogyakarta.Melannisa, R., 2004, Pengaruh PGV-1 Pada Sel Kanker Payudara T47D YangDiinduksi 17β-estradiol: Kajian Antiproliferasi, Pemacuan Apoptosis, danAntiangiogenesis, Tesis, Sekolah Pascasarjana, Universitas Gadjah Mada.Moran, Michael J. dan Shapiro, Howard N. 2004. Termodinamika Teknik. Jakarta:Erlangga.O’Brien FJ, Harley BA, Yannas IV, Gibson L. 2004. Influence of freezing rate onpore structure in freeze-dried collagen-GAG scaffolds. Biomaterials 25:1077-1086.102 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Prayitno, 2007. Ekastraksi Kolagen Cakar Ayam dengan Berbagai Jenis LarutanAsam dan Lama Perendamannya. Jurnal Animal Production Vol. 9. No. 2.Ratner, Buddy D., dkk. 1996. Biomaterial Science, An Introduction to Materialsin Medicine. Academic Press.:1-8.Scabbia A, Trombelli L (2004) A comparative study on the use of aHA/collagen/chondroitin sulphate biomaterial (Biostite®) and abovine-derived HA xenograft (Bio-Oss®) in the treatment of deepintra-osseous defects. J Clin Periodontol 31: 348-355.Schoof H, Bruns L, Fischer A, Heschel I, Rau G. 2000. Dendritic ice morphologyin unidirectionally solidified collagen suspensions. J Crystal Growth 209:122-129.Serre CM, Papillard M, Chavassieux P, Boivin G. 1993. In vitro induction of acalcifying matrix by biomaterials constituted of collagen and/orhydroxyapatite: an ultrastructural comparison of three types ofbiomaterials. Biomaterials 14: 97-106.Sloane, Ethel. 1995. Anatomi dan Fisiologi untuk Pemula. EGC: Jakarta.Vaccaro, Alexander R. 2002. The Role of the Osteoconductive Scaffold inSynthetic Bone Graft. Orthobluejournal vol 22 no 5/ SupplementWahl, DA dan Czernuszka .2006. Collagen-Hydroxiapatite Composites for HardTissue Repair. Eropean Cells and Material Vol.11 pages 43-56Wang RZ, Cui FZ, Lu HB, Wen HB, Ma CL, Li HD. 1995. Synthesis ofNanophase Hydroxyapatite Collagen Composite. J Mater Sci Lett 14: 490-492.Wang, X., Nyman, J.S., Dong X., Leng,H., and Reyes, M. 2010. FundamentalBiomechanics in Bone Tissue Engineering. Morgan and Claypool.Yunoki, Shunji et al. 2006. Fabrication and Mechanical and Tissue IngrowthProperties of Unidirectionally Porous Hydroxyapatite/CollagenComposite. Journal of Biomedical Materials Part B:166-173Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 103

Pembuatan Hidrogel Kitosan – GlutaraldejidUntuk Aplikasi Penutup Luka Secara In VivoNurul Istiqomah 1 , Djony Izak R 2 ., dan Sri Sumarsih 3 .1 Program Studi S1 Teknobiomedik Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga2 Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga3 Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : nurulistiqomahwaluyo@yahoo.co.idABSTRAKPembuatan hidrogel kitosan – glutaraldehid telah diteliti untuk aplikasi penutup lukasecara in vivo. Pembuatan hidrogel dilakukan dengan cara mencampurkan kitosan yang dilarutkandalam 1% asam asetat dengan 1% larutan glutaraldehid (dengan perbandingan kitosan :glutaraldehid sebanyak 50ml:0ml, 50ml:2ml, 50ml:3ml dan 50ml:4ml). Penambahan glutaraldehidberfungsi untuk memperbaiki sifat mekanik dari kitosan. Hidrogel kitosan – glutaraldehiddikarakterisasi menggunakan FTIR, kemampuan absorbsi, dan uji in vivo. Hasil FTIRmenunjukkan terbentuknya ikatan silang antara kitosan dan glutaraldehid, yang dapat ditunjukkanpada bilangan gelombang 1638,23 cm -1 dan 1550,49 cm -1 , hasil uji kemampuan absorbsimenunjukkan bahwa swelling ratio menurun dengan meningkatnya derajat ikat silang, hasil uji invivo menunjukkan bahwa semakin besar volume glutaraldehid, proses penyembuhan memerlukanwaktu yang lebih lama. Hidrogel terbaik ditunjukkan dengan penambahan glutaraldehid 3 ml yangmemiliki nilai kemampuan absorbsi rata-rata 560,7 % dan uji in vivo yang mana hewan cobasembuh pada hari ke 5.Kata kunci : Hidrogel, kitosan, glutaraldehid, penutup luka, in vivo, kemampuan absorbsi, FTIR104 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

PENDAHULUANKulit adalah salah satu organ terbesar dalam tubuh. Kulit mempunyai beberapafungsi utama yang penting untuk tubuh, yaitu : sebagai pelindung, sensasi, komunikasi,termoregulasi, sintesis metabolik dan kosmetik (Carville, 2007). Kulit memainkan peranpenting dalam homeostasis dan pencegahan invasi dari mikroorganisme oleh sebab itukulit pada umumnya perlu ditutup segera setelah terjadi kerusakan (jayakumar et al.,2011).Penutup luka yang ideal harus dapat memelihara lingkungan yang lembab dipermukaan luka, memungkinkan pertukaran gas, bertindak sebagai penghalang bagimikroorganisme dan menghilangkan kelebihan eksudat.Saat ini, penelitian difokuskan pada percepatan perbaikan luka denganperancangan secara sistematis pada bahan penutup. Misalnya penggunaan bahan yangberasal dari bahan biologis seperti kitin dan turunannya, yang mampu mempercepatproses penyembuhan pada tingkat molekul, seluler, dan tingkat sistemik.Kitin dan turunannya kitosan, mempunyai sifat yang biokompatibel,biodegradabel, tidak beracun, antimikroba dan hydrating agent. Penelitian yang telahdilakukan oleh David R. Rohindra dkk pada tahun 2004 menunjukkan bahwapencampuran kitosan dengan glutaraldehid dapat diaplikasikan sebagai hidrogel. Jumlahair bebas dalam hidrogel menurun dengan meningkatnya ikatan silang dalam hidrogel.Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan hidrogel kitosan –glutaraldehid untuk penyembuhan luka dan mengetahui karakteristik hidrogel yangterbaik.Kulit mempunyai beberapa fungsi utama yang penting untuk tubuh, yaitu :sebagai pelindung, sensasi, komunikasi, termoregulasi, sintesis metabolik dan kosmetik(Carville, 2007). Kulit memainkan peran penting dalam homeostasis dan pencegahaninvasi dari mikroorganisme oleh sebab itu kulit pada umumnya perlu ditutup segerasetelah terjadi kerusakan (jayakumar et al., 2011).Penutup luka yang baik memiliki beberapa karakteristik seperti biokompatibilitasyang baik, rendah toksisitas, aktivitas antibakteri dan kestabilan kimia sehingga akanmempercepat penyembuhan, tidak menyebabkan alergi, mudah dihilangkan tanpa trauma,dan harus terbuat dari bahan biomaterial yang sudah tersedia sehingga memerlukanpengolahan yang minimal, memiliki sifat antimikroba dan dapat menyembuhkan luka(Jayakumar et al., 2011).Dalam beberapa tahun terakhir, sejumlah besar kelompok penelitian yangbertujuan untuk menghasilkan, baik yang baru maupun memperbaiki sifat-sifat penutupJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 105

luka (Shitaba et al., 1997; Draye et al., 1998; Ulubayram et al., 2001). Saat ini, penelitiandifokuskan pada percepatan perbaikan luka dengan perancangan secara sistematis padabahan penutup. Misalnya penggunaan bahan yang berasal dari bahan biologis seperti kitindan turunannya, yang mampu mempercepat proses penyembuhan pada tingkat molekul,seluler, dan tingkat sistemik. Kitin telah tersedia dan dapat diperoleh dari bahan biologisyang murah dari kerangka invertebrate serta dinding sel jamur. Kitin adalah ikatanpolimer linier 1,4 yang terdiri dari residu N-acetyl-D-Glucosamine. Kitin dan turunannyakitosan, mempunyai sifat yang biokompatibel, biodegradabel, tidak beracun, antimikrobadan hydrating agent. Karena sifat ini, baik kitin maupun kitosan menunjukkanbiokompatibilitas yang baik dan efek positif pada penyembuhan luka. Penelitiansebelumnya menunjukkan bahwa kitin yang digunakan berbasis penutup dapatmempercepat perbaikan kontraksi jaringan luka dan mengatur sekresi dari mediatorinflamasi seperti interleukin 8, prostaglandin E, interleukin 1 , dan lain-lainya(Bottomley et al, 1999.; Willoughby dan Tomlinson, 1999). Kitosan merupakan hemostat,yang membantu dalam pembekuan darah secara alami. Kitosan secara bertahapterdepolimerisasi untuk melepaskan N-acetyl- -D-glukosamin, yang memulai poliferasifibroblast, membantu dalam memberikan perintah deposisi kolagen dan merangsangpeningkatan sintesis tingkat asam hyaluronic alami pada lokasi luka. Ini membantupercepatan penyembuhan luka dan pencegahan bekas luka (Paul dan Sharma, 2004).Kitin dan kitosan tampaknya akan menjadi bahan penutup luka yang dapatdiunggulkan. Hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Jayakumar dkk pada tahun 2011,menunjukkan bahwa bahan berserat yang berasal dari kitin dan turunannya memiliki sifatsifatketahanan yang tinggi, biokompatibilitas yang baik, rendah toksisitas, dapatmenyerap cairan dan aktivitas antibakteri sehingga akan mempercepat penyembuhan.Untuk meningkatkan sifat penyembuhan luka, kitin dan kitosan berbasis membran telahdikembangkan dengan mencampurkan ke dalam beberapa polimer.Penelitian yang telah dilakukan oleh David R. Rohindra dkk pada tahun 2004menunjukkan bahwa pencampuran kitosan dengan glutaraldehid dapat diaplikasikansebagai hidrogel. Jumlah air bebas dalam hidrogel menurun dengan meningkatnya ikatansilang dalam hidrogel. Hidrogel berbasis kitosan menunjukkan biokompatibel yang baik,degradasi rendah dan cara pengolahannya mudah. Kemampuan dari hidrogel untukmengembang dan dehidrasi tergantung pada komposisi dan lingkungan yang telahdimanfaatkan untuk memfasilitasi berbagai aplikasi seperti pelepasan obat,biodergradibilitas dan kemampuan untuk membentuk hidrogel (Li Q et al. 1997).Pencampuran kitosan dengan polimer lain (Park dan Nho, 2001; Shin et al. 2002; Zhu et106 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

al.2002) dan ikatan silang mereka berdua adalah metode yang tepat dan efektif untukmemperbaiki sifat fisik dan mekanik kitosan untuk aplikasi praktis. Studi dilakukan padatikus menggunakan ikatan silang antara kitosan dan glutaraldehid (Jameela et al. 1994)menunjukkan toleransi yang menjanjikan pada jaringan hidup dari otot tikus.METODE PENELITIANProsedur pembuatan larutan kitosan adalah sebagai berikut : kitosan dilarutkan kedalam asam asetat 1% pada temperatur ruang dan dibiarkan semalam dengan pengadukanmekanik terus menerus untuk mendapatkan larutan 1% (b/v). larutan kitosan kentalberwarna kuning pucat disaring untuk menghilangkan materi yang tidak larut.Prosedur pembuatan hidrogel sebagai berikut : larutan glutaraldehid 1 % denganrasio mol berbeda ditambahkan ke dalam larutan kitosan. Larutan tersebut diaduk selama30 menit dalam suhu ruang sampai viskositasnya meningkat. Hidrogel yang terbentuk,dituang lalu diratakan pada plat kaca yang sudah dilapisi kasa steril sebelumnya. Dankemudian dikeringkan dalam suhu ruang selama 7 hari (proses dilakukan dengan keadaanlingkungan steril).Penelitian ini menggunakan uji FTIR, kemampuan absorbsi, dan uji in vivo untukmendapatkan karakteristik hidrogel yang terbaik. Diagram penelitian ini ditunjukkan padagambar dibawah ini.Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 107

Gambar 1. Diagram Alir Pelaksanaan PenelitianPada uji in vivo merupakan penelitian eksperimen murni (True Experimental).Kriteria penelitian true experimental terdiri dari adanya perlakuan, kontrol, replikasi, danjuga terdapat randomisasi. Desain penelitian ini menggunakan desain penelitian Post-TestControl Group Design. Skema desain penelitian yang dipakai sebagai berikut:108 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

Gambar 2. Desain Penelitian Karakterisasi In Vivo Komposit Kitosan - GlutaraldehidSebagai Wound Dressing.Populasi penelitian pada uji in vivo ini adalah mencit (Mus musculus) jantan darikoloni yang sama, umur 2-3 bulan, berat 20-30 gram. Pembagian kelompok dilakukandengan cara sampling. Teknik sampling merupakan cara-cara yang ditempuh dalampengambilan sampel, agar memperoleh sampel yang benar-benar sesuai dengankeseluruhan obyek penelitian. Pemilihan sampel pada penelitian ini menggunakan carasimple random sampling. Simple random sampling merupakan pemilihan sampel dengancara menyeleksi setiap elemen secara acak. Penjabaran rumus besar sampel :p (n-1) 155 (n-1) 155n – 5 155n 20N 4Untuk mengetahui apakah kitosan dan gluteraldehid telah bercampur (denganharapan kedua bahan telah berikatan silang) dilakukan pengujian dengan FT-IR untukmengetahui ada tidaknya gugus fungsi senyawa gluteraldehid dan kitosan. Sebelumdilakukan uji, terlebih dahulu sampel dibentuk pelet dengan ketebalan 1 cm. Setelah itusampel dimasukkan tabung dalam perangkat FT-IR dan disinari.Kemampuan absorbsi dari hidrogel ditentukan dengan menginkubasi hidrogelpada pH 7,4 di phosphate buffer saline (PBS) pada suhu ruang. Berat basah hidrogeldihitung selama beberapa kali dengan memberi sponge filter paper untukmenghilangankan air yang diserap pada permukaan kemudian segera ditimbang dengantimbangan digital.Banyaknya air yang terserap pada hidrogel dapat dihitung menggunakanpersamaanJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 109

E = X 100 %Dimana E adalah persentase absorb air pada hidrogel. We menunjukkan berathidrogel yang telah menyerap PBS dan Wo adalah berat mula-mula. Dilakukanpengulangan sebanyak 3 kali dan rata-ratanya yang digunakan.HASIL DAN PEMBAHASANHasil uji kimia fisik menggunakan spektrofotometer FT-IR diketahui bahwauntuk bahan kitosan dan glutaraldehid 2ml, sudah terjadi reaksi ikatan silang. Ikatansilang ditunjukkan pada bilangan gelombang 1638,23 dan 1550,49 cm -1 yang manamerupakan gugus C=O dan NH 2 .Gambar 3. Spektrum FTIR hidrogel kitosan + glutaraldehidDari hasil uji kemampuan absorbsi semakin banyak jumlah glutaraldehid yangditambahkan, semakin menurun kemampuan absorbsinya. Hal tersebut dikarenakan,rantai yang digunakan kitosan untuk mengikat H 2 O telah habis dipakai untuk mengikatglutaraldehid.110 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

1000800600400200Grafik Kemampuan Absorbsi893.39732.14560.77353.970sampel A sampel B sampel C sampel DGambar 4. Grafik kemampuan absorbsi berdasarkan penambahan glutaradehidDari hasil uji in vivo hewan coba yang diberi kasa hidrogel kitosan sembuh padahari ke 3, hewan coba yang diberi kasa hidrogel kitosan 2 ml sembuh pada hari ke-4,hewan coba yang diberi kasa hidrogel kitosan 3 ml sembuh pada hari ke-5, hewan cobayang diberi kasa hidrogel kitosan 4 ml sembuh pada hari ke-6.Penelitian ini memerlukan sampel yang homogen agar variabel perancu dapat dikurangidan hasil yang diperoleh juga homogen, oleh karena itu hewan coba yang digunakan padapenelitian ini memiliki kriteria yang sama agar dapat dikatakan homogen. Sampel yangdigunakan dalam penelitian ini adalah mencit (Mus Musculus) dimana semua hewanberjenis kelamin sama, mempunyai berat yang sama yaitu sekitar 20-30 gram danmemiliki umur yang sama yaitu sekitar 2-3 bulan. Pemilihan kriteria tersebut didasarkanbahwa hewan jantan tidak mengalami siklus menstruasi. Jika menggunakan hewanberjenis kelamin betina, maka akan mengalami menstruasi yang dapat memicu terjadinyastress pada hewan. Peningkatan stress akan memicu hormone glukokortikoid yaitukortisol yang bersifat imunosupresif.Jenis penelitian ini menggunakan post test only control group sehingga penilaianluka hanya dilakukan pada hari ke-3, ke-5 dan ke-7 post insisi. Selain itu penelitian inibertujuan untuk membandingkan penggunaan kasa hidrogel paduan kitosan danglutaraldehid dengan masing-masing komposisi glutaraldehid sebanyak 2 ml, 3 ml, dan 4ml terhadap penyembuhan luka insisi dimana hal itu dapat diobservasi ketika prosespenyembuhan luka masih berlangsung, sehingga penilaian hari ke-3, ke-5 dan ke-7 sudahbisa menggambarkan perbedaan penyembuhan luka insisi pada kelima kelompok.Penilaian luka dilakukan pada hari ke-3 dan ke-5 karena untuk melihat kondisi luka padafase inflamasi, penilaian pada hari ke-7 untuk melihat kondisi luka pada fase proliferasi.Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 111

Penyembuhan luka melibatkan integritas proses fisiologis. Sifat penyembuhanpada semua luka sama dengan variasinya bergantung pada lokasi, keparahan dan luasnyacedera, kemampuan sel dan jaringan melakukan regenerasi atau kembali ke strukturnormal melalui pertumbuhan sel juga mempengaruhi penyembuhan luka.Berdasarkan data yang diperoleh dari uji invivo dengan pengamatan secaramakroskopis pada kelompok yang diberi perlakuan kasa hidrogel kitosan sembuh padahari ke-3, kemudian secara berturut-turut kasa hidrogel kitosan + glutaraldehid 2 mlsembuh pada hari ke-4, kasa hidrogel kitosan + glutaraldehid 3 ml sembuh pada hari ke-5,kasa hidrogel kitosan + glutaraldehid 4 ml sembuh pada hari ke-6. Sementara itu,kelompok yang diberi perlakuan kontrol negatif sampai hari ke-7 tak kunjung sembuh,karena target peneliti hanya mengobservasi hingga hari ke-7 maka tidak dapat dipastikankelompok kontrol negatif sembuh hingga hari ke berapa. Sementara mengacu padaliteratur, kelompok kontrol positif atau yang hanya diberi obat komersial berupabetadine® sembuh pada hari ke-6. Sedangkan berdasarkan uji statistika, pada kemerahandidapatkan nilai p pada uji ANOVA dua arah sebesar 0,000 pada hari dan 0,000 padaperlakuan. Karena nilai p < 0,05 artinya ada pengaruh pada kedua variabel (hari danperlakuan). Pada cairan luka didapatkan nilai p pada uji ANOVA dua arah sebesar sebesar0,000 pada hari dan 0,000 pada perlakuan. Karena nilai p < 0,05 artinya ada pengaruhpada kedua variabel (hari dan perlakuan). Pada tepi luka menyatu didapatkan nilai p padauji ANOVA dua arah sebesar 0,000 pada hari dan 0,000 pada perlakuan. Karena nilai p

untuk aktivitas tumoricidal (Jayakumar, 2011). Hal tersebut merangsang proliferasi sel.Selain itu kitosan merupakan hemostat, yang membantu dalam pembekuan darah secaraalami karena kitosan diduga memilki kemampuan sebagai katalis pembekuan darah.Kitosan juga memiliki sifat biokompatibel, biodegradabel, tidak beracun, antimikroba danhydrating agent (Jayakumar, 2011). Tetapi hal tersebut bertentangan dengan sifatmekanik kitosan yang amorf, sehingga kasa hidrogel mudah robek. Jadi untuk penutupluka yang ideal, selain dapat memelihara lingkungan yang lembab di permukaan luka,memungkinkan pertukaran gas, bertindak sebagai penghalang bagi mikroorganisme danmenghilangkan kelebihan eksudat, penutup luka juga harus mempunyai sifat mekanikyang unggul. Pada penelitian ini tidak dilakukan uji sifat mekanik dikarenakan sampelhidrogel terlalu tipis dan gampang sobek. Penutup luka harus memiliki sifat mekaniktertentu yang mendekati sifat mekanik kulit. Hal tersebut mengacu pada tabel 4.2.Tabel 1. Sifat mekanik dari beberapa liteteraturTabel diatas menjelaskan tentang sifat mekanik yang telah dilakukan oleh Aislingpada tahun 2011 dan beberapa peneliti untuk mengetahui sifat mekanik kulit. Sehinggakedepannya dapat dijadikan acuan untuk pengujian sifat mekanik pada penutup lukahidrogel iniDilihat dari uji FTIR, terlihat bahwa pada penambahan glutaraldehid sebanyak 2ml, sudah ada reaksi ikat silang antara glutaraldehid dan kitosan yang tampak padapuncak gelombang 1638,23 dan 1550,49 cm -1 yang mana merupakan gugus C=O danNH 2 .Ikatan silang diduga dapat memperbaiki sifat mekanik, hal ini terbukti bahwasemakin banyak glutaraldehid yang ditambahkan semakin menurun kemampuanJurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 113

absorbsinya dikarenakan rantai NH 2 dipakai untuk mengikat gugus aldehid padaglutaraldehid. Dapat dianalogikan, semakin banyak jumlah glutaraldehid yangditambahkan, struktur hidrogel semakin padat (pori-pori rongga mengecil), jika strukturhidrogel semakin padat maka dapat dipastikan sifat mekanik semakin meningkat. Hasilyang diinginkan dalam penelitian ini adalah mencari komposisi kitosan dan glutaraldehidyang memenuhi uji kemampuan absorbsi tetapi juga memiliki sifat mekanik yang baik.Maka dari itu, perbandingan kitosan 50 ml dan glutaraldehid 3 ml yang diperoleh hidrogeldengan karakteristik yang terbaik. Selain itu pada uji in vivo, kasa hidrogel paduankitosan + glutaraldehid 3 ml, hewan coba sembuh pada hari ke 5. Menurut penelitianyang dilakukan oleh Djamaludin pada tahun 2009, hewan coba yang hanya diberi obatkomersial sembuh pada hari ke-6. Jadi dapat disimpulkan bahwa kitosan + glutaraldehid 3ml merupakan hidrogel dengan karakteristik yang terbaik, dibuktikan dengan ujikemampuan absorbsi yang mempunyai nilai E rata-rata 560,7 % dimana hidrogel dengankarakter yang baik jika hidrogel mampu menyerap air hingga 99 % kandungannya dan ujiinvivo yang mana hewan coba sembuh pada hari ke-5.Pada penelitian ini tidak dilakukan pengamatan secara mikroskopis (pengamatanhistopatologi) dikarenakan terkendala biaya dan waktu. Parameter yang diamati padapemeriksaan histopatologi adalah jumlah sel-sel radang (neutrofil, makrofag danlimfosit), jumlah neokapiler, presentasi re-epitalisasi dengan preparat yang digunakanadalah preparat yang telah diwarnai dengan pewarnaan HE dan kepadatan jaringan ikat(fibroblas) dengan preparat yang digunakan adalah preparat yang telah diwarnai denganpewarnaan MT.Presentase re-epitalisasi menurut Low et al (2001) menggunakan rumus, yaitu :Perhitungan kepadatan jaringan ikat dilihat dari intensitas jaringan ikat (fibroblas) padapewarnaan Masson Trichrome (MT) dengan metode skoring. Adapun kriteria skoringhistopatologi dilakukan dengan acuan sebagai berikut :114 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013

SkorKeteranganJaringan ikat sedikit, jarang atau tidak kompak dan tersebar tidak1merata. Luka masih dalam keadaan terbukaJaringan ikat sedikit tetapi sudah mengumpul dibeberapa tempat. Luka2terbuka atau tertutupJaringan ikat sudah padat dan kompak. Luka sudah tertutup tetapi3masih terdapat ronggaJaringan ikat padat dan kompak. Luka sudah menutup dan tidak4terdapat rongga0 Hewan matiKESIMPULANBerdasarkan hasil yang diperoleh pada penelitian ini, dapat disimpulkan bahwaKasa hidrogel paduan kitosan dan glutaraldehid dapat diaplikasikan sebagai penutup luka,dimana sesuai dengan hasil uji invivo yang menunjukkan bahwa pada hewan coba yangdiberi kasa hidrogel campuran kitosan dan glutaraldehid sembuh pada hari ke-4 (kitosandan glutaraldehid 2 ml), ke-5 (kitosan dan glutaraldehid 3 ml) dan ke-6 (kitosan dangltaraldehid 4 ml). Karakteristik kasa hidrogel campuran kitosan dan glutaraldehid yangterbaik yaitu pada penambahan glutaraldehid sebanyak 3 ml, dimana rata-rata nilaikemampuan absorbsinya adalah 560,77 % dan pada uji invivo, hewan coba sembuh padahari ke-5.DAFTAR PUSTAKABagas, 2009, Sintesis Hydrogel. http://www.wordpress.com , Diakses 12 Juli 2012Basuki, Bagus Rahmat., I Gusti Made Sanjaya, 2009, Sintesis Ikat Silang Kitosan denganGlutaraldehid serta Identifikasi Gugus Fungsi dan Derajat Deasetilasinya. JurnalILMU DASAR Vol. 10 No. 1, 93 – 101.Djamaludin, Andre Mahesa. 2009. Pemanfaatan Khitosan dari Limbah Krustacea UntukPenyembuhan Luka Pada Mencit. Fakultas Ilmu Pengetahuan dan MatematikaInstitut Pertanian Bogor, Bogor.Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013 115

Jayakumar, R., Prabaharan, M., Sudheesh Kumar, P.T., Nair, S.V., Tamura, H. 2011.Biomaterials Based on Chitin and Chitosan in Wound Dressing Applications. Doi:10.1016/j.biotechadv.2011.01.005Novriansyah, Robin, 2008, Perbedaan Kepadatan Kolagen di Sekitar Luka Insisi TikusWistar yang Dibalut Kasa Konvensional dan Penutup Oklusif Hidrokoloid Selama2 dan 14 Hari. Universitas Diponegoro, Semarang.Nursalam, 2008, Konsep dan Penerapan Metodologi penelitian Ilmu keperawatanPedoman Skripsi, Tesis, dan Instrumen Penelitian keperawatan, ed. 2. Jakarta :Salemba Medika, hal: 77-115.Rohindra, D.R., Ashveen V. Nand., Jagjit R. Khurma. 2004. Swelling Properties ofChitosan Hydrogel. The South Pacific Journal of Natural Science 22(1), 32.35Triyono, Bambang, 2005, Perbedaan Tampilan Kolagen di Sekitar Luka Insisi pada TikusWistar yang Diberi Infiltrasi Penghilang Nyeri Levobupivakain dan yang TidakDiberi Levobupivikain. Universitas Diponegoro Semarang.Wakidah, Nur. 2009. Pengaruh Ekstrak Cacing Tanah (Lumbricus Rubellus)terhadapProses Penyembuhan Luka Terinfeksi Bakteri Staphylococcus Aureus pada HewanCoba Tikus Putih (Rattus Norvegicus). Fakultas Ilmu Keperawatan UniversitasAirlangga Surabaya..116 Jurnal Fisika dan Terapannya |Vol.1, No.1, Januari 2013