Pengaruh Pelapisan Stearic Acid (SA) pada Permukaan QCM/Polistiren dengan Perbedaan Pelarut terhadap Kemampuan Immobilisasi Protein Bovine Serum Albumin (BSA)

Rahayu, Susi (2014) Pengaruh Pelapisan Stearic Acid (SA) pada Permukaan QCM/Polistiren dengan Perbedaan Pelarut terhadap Kemampuan Immobilisasi Protein Bovine Serum Albumin (BSA). Magister thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

QCM biosensor merupakan biosensor yang bekerja berdasarkan prinsip perubahan massa pada permukaan sensor. Salah satu aspek penting dari QCM biosensor adalah bahan penyangga (matrik) dan sifat permukaan lapisan sensor yang dipergunakan untuk meng-immobilisasi bahan biologi yang beefungsi sebagai lapisan sensitif. Pemilihan yang tepat akan menghasilkan QCM biosensor yang memiliki kinerja yang baik. Dalam penelitian ini dilakukan study tentang sifat-sifat fisis lapisan polistiren dan stearid acid pada permukaan sensor yang dipergunakan sebagai lapisan untuk immobilisasi bahan biologi. Sifat fisis yang dikaji adalah kekasaran permukaan dan sifat viskoelastik lapisan. Secara teoritis, agar QCM biosensor tetap bekerja dengan prinsip pendeteksian perubahan masa, maka lapisan polistiren dan stearic acid pada permukaan QCM harus tidak memberikan efek viskoelastik pada sensor sehingga hal ini menjadi penting untuk diteliti. Sebagai bahan kajian, Bovien Seruam Albumin (BSA) dipergunakan sebagai model bahan biologi yang diimmobilisasikan di atas permukaan QCM sensor. Untuk mendeposisi lapisan polistiren pada permukaan QCM digunakan metode spin coating, sedangkan deposisi lapisan stearic acid menggunakan metode evaporasi. Deposisi lapisan polistiren dilakukan dengan variasi pelarut, yaitu pelarut toluena dan kloroform. Konsentrasi larutan polistiren yang digunakan 3%. Perbedaan pelarut ini akan mempengaruhi morfologi lapisan yang terdeposisi. Pada proses deposisi stearic acid dengan metode evaporasi, variabel bebas yang diatur untuk mempengaruhi sifat permukaan adalah massa substrat (stearic acid) dan jarak antara sampel dengan permukaan QCM. Tujuan dari penggunaan kedua parameter ini adalah untuk memperoleh lapisan stearic acid yang terdeposisi dengan baik dipermukaan QCM sensor. Pengujian viskoelastik lapisan dilakukan dengan mengukur impedansi elektrik QCM sensor dengan menggunakan impedance analizer. Morfologi lapisan di analisa dengan menggunakan SEM dan TMS 1200 Polytec. Perangkat QCM yang telah dilapisi dengan lapisan polistiren dan stearic acid selanjutnya diuji mengenai kemampuan immobilisasi protein BSA. Kemampuan immobilisasi ini ditunjukkan melalui besarnya jumlah BSA yang terimmobilisasi pada permukaan sensor melalui pengukuran perubahan frekuensi selama proses immobilisasi. Hal ini didasarkan pada prinsip Sauerbrey yang menjelaskan hubungan antara perubahan frekuensi QCM sensor dengan masa yang terdeposisi di permukaan sensor. Perubahan massa yang terjadi merupakan jumlah massa protein BSA yang terimmobilisasi pada permukaan lapisan stearic acid . Dari penelitian yang telah dilakukan, lapisan stearic acid yang terdeposisi pada lapisan polistiren dengan pelarut toluena dan kloroform menghasilkan ketebalan sekitar 0,1 μm sampai 0,35μm. Pada ketebalan ini, lapisan hanya memberi kontribusi impedansi yang relatif kecil sehingga tidak mempengaruhi sifat akustik dan elektrik sensor. Nilai impedansi yang relatif kecil ini berkorelasi dengan sifat rigid dari lapisan. Dengan sifat ini maka sensor QCM yang terlapisi stearic acid diatas lapisan polistiren ini masih dapat dipergunakan sebagai basis untuk pembuatan biosensor karena sensitivitas terhadap masa yang menjadi dasar bekerjanya QCM sensor masih valid. Untuk menjadi biosensor, QCM sensor tersebut haruslah dilapisi dengan lapisan biomolekul melalui proses immobilisasi. Kemampuan immobilisasi ini dipengaruhi oleh morfologi lapisan yang terbentuk. Dari hasil uji SEM, diperoleh bahwa morfologi lapisan stearic acid yang terdeposisi diatas lapisan polistiren dengan pelarut kloroform memiliki permukaan yang lebih kasar dibandingkan dengan yang menggunakan pelarut toluena. Nilai kekasaran permukaan dari masing-masing lapisan ini diuji menggunakan TMS 1200 Polytec. Nilai kekasaran lapisan polistiren dengan pelarut kloroform 616,52 nm dan pelarut toluena 578,9 nm. Perbedaan kekasaran lapisan polistiren ini dipengaruhi oleh tekanan uap pelarut. Sedangkan nilai kekasaran lapisan stearic acid yang terdeposisi diatas polistiren dengan pelarut kloroform adalah 599,56 nm dan 536,66 nm untuk pelarut toluena. Morfologi lapisan yang terdeposisi pada permukaan QCM mempengaruhi kemampuan immobilisasi protein BSA. Kemampuan immobilisasi protein BSA dapat dilihat dari perubahan frekuensi yang terjadi selama proses immobilisasi. Kemampuan immobilisasi protein BSA pada lapisan polistiren dengan lapisan stearic acid menggunakan pelarut toluena tidak jauh berbeda karena jumlah massa stearic acid yang terdeposisi cukup sedikit sekitar 2,8 x 10 -6 gr dan perubahan frekuensi yang terjadi masing-masing 124±4 Hz dan 104±2 Hz. Sedangkan pada pelarut kloroform sekitar 162±12 Hz pada lapisan polistiren dan 264 ±16 Hz pada lapisan stearic acid . Dimana kemampuan immobilisasi protein BSA pada lapisan stearic acid lebih besar daripada lapisan polistiren dengan pelarut kloroform. Sehingga kemampuan immobilisasi protein BSA pada lapisan stearic acid pelarut kloroform lebih besar dibandingkan dengan pelarut toluena. Hal ini karena morfologi pelarut kloroform yang lebih kasar dari toluena sehingga lebih banyak protein yang terperangkap dan diduga terjadi ikatan kimia antara stearic acid dengan protein BSA.

English Abstract

QCM biosensor is a biosensor that works on the principle of mass change on the sensor surface. One important aspects of the QCM biosensor is a matrix layer material and its surface properties which are used to immobilize biological material that serves as a sensitive layer. The used of appropriate material will result in a good performance QCM biosensors. In this research, physical properties of the polystyrene layer and stearid acid on the surface of the sensor that is used as a coating for immobilization of biological materials was studied. The physical properties under studies are surface roughness and viscoelastic properties of the layer. Theoretically, in order to maintain the work of QCM biosensor based on a sensitive mass change, the polystyrene and stearic acid layers on the QCM surface shall not give a viscoelastic effect on the sensor. Therefore viscoelastic properties of the layer was importance to be studied. Bovine Serum Albumin (BSA) was used as biological material to be immobilized on the QCM sensor. Polystyrene layer on the QCM surface was made by using a spin coating method, while the stearic acid layer was deposited using evaporation method. Polystyrene layer deposition was done by using toluene and chloroform as solvent materials. The concentration of polystyrene was 3% of mass. It was expected that difference solvents will result in difference morphology of the deposited layer. In the deposition process of stearic acid by evaporation method, the independent variables which are set was stearic acid mass and the distance between the sample with the QCM surface. Those two parameters was choosen to obtain a well deposited stearic acid layer on the QCM surface. Testing is done by measuring the viscoelastic layer QCM sensor with electrical impedance using an impedance analyzer. Layer morphology was analysed by using SEM and surface profilometer Polytec TMS 1200. QCM sensor which has been coated with a layer of polystyrene and stearic acid were further tested its ability for BSA protein immobilization. Immobilization capability is demonstrated through the large amount of BSA which are immobilized on the sensor surface by measuring the frequency change during the immobilization process. This work is based on the principle Sauerbrey which describes the relationship between frequency change of the QCM sensor with a deposited mass on the sensor surface. Mass change that occurs is directly related to the mass of the immobilized BSA on the surface layer of stearic acid. In this reaserach, we found that a layer of stearic acid deposited on a layer of polystyrene with toluene and chloroform solvent resulted in a thickness of about 0.1 μm to 0.35μm. At this thickness, layer contributes only a relatively small impedance so as not to affect the acoustic and electrical properties of the sensor. This small impedance value is correlated with the rigid nature of the layer. With these properties, the QCM sensor coated polystyrene layer stearic acid above can still be used as a base for the QCM biosensors because of mass sensitivity of the sensor as its basic work is still valid. To become a biosensor, the QCM sensor must be coated with a layer of biomolecules through the process of immobilization. This immobilization is affected by the morphology of the matrix layer. From the SEM measurement results it can be seen that the morphology of the deposited layer of stearic acid on polystyrene with chloroform solvent has a rougher surface than either solvent toluene. Surface roughness values of each of these layers was tested using TMS 1200 Polytec. It was found that surface roughness value of the polystyrene layer with chloroform solvent was 616.52 nm and toluene solvent was 578.9 nm. This difference was influenced by solvent vapor pressure. While the value of the roughness layer of stearic acid deposited on polystyrene chloroform solvent toluene 599.56 nm and 536.66 nm. The value of the roughness layer of stearic acid deposited on polystyrene with chloroform solvent is 599.56 nm and 536.66 nm for toluene solvent. The morphology of layer affects the ability of BSA protein immobilization. The ability of the stearic acid on top of polystyrene layer solved with toluene for BSA immobilization doesn`t change significantly. The imm obilized BSA on the polystyrene surface results in a frequency change of 124±4 Hz whilst the frequency change on the sensor with stearic acid layer was 104±2 . This small change was caused by the fact that there was only a few stearic acid (2.8 x 10 -6 g) was deposited on the sensor surface. There was significant difference between the frequency change of the sensor during BSA immobilization on the polystyrene surface and stearid acid on the polystyrene surface where the polystyrene was olved in chloroform. The frequency change causd by BSA immobilization was 162 ± 12 Hz on polystyrene layer and 264 ± 16 Hz on stearic acid layers. The reason for this significant difference can be drawn by the fact that The morphology of layer made with chloroform solvent is more rough than toluene solvent so that more protein is trapped. It is also suspected that more chemical bonds between stearic acid and BSA protein can occures of wider surface area caused by bigger roughness.

Item Type:	Thesis (Magister)
Identification Number:	TES/572.57/RAH/p/041405812
Subjects:	500 Natural sciences and mathematics > 572 Biochemistry > 572.5 Miscellaneous chemicals
Divisions:	S2/S3 > Magister Matematika, Fakultas MIPA
Depositing User:	Endro Setyobudi
Date Deposited:	19 Sep 2014 16:05
Last Modified:	20 Apr 2022 03:43
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/157674

Text SUSI RAHAYU.pdf Download (4MB)

Actions (login required)

View Item