PERANCANGAN DAN MANUFAKTUR MICROFILTER PADA WEARABLE ARTIFICIAL KIDNEY

ARFIN ARUNI SILMA, Muslim Mahardika, S.T., M.Eng., Ph.D.

2017 | Skripsi | S1 TEKNIK MESIN

Wearble Artificial Kidney (WAK) sebagai perangkat yang berfungsi menggantikan terapi dialisis (cuci darah) telah dikembangkan semakin pesat karena berbagai kelebihannya. Perangkat ini dianggap dapat meningkatkan kualitas hidup pasien gagal ginjal karena fleksibilitasnya dan dapat digunakan sambil melakukan berbagai aktivitas. Salah satu bagian pada perangkat WAK bertindak sebagai penyaring darah (juga disebut dialyzer), berupa sebuah unit microfilter yang di dalamnya terdapat dua komponen utama: membran semipermeable berpori dan structural layer. Membran semipermeable berpori menjadi unit difusi di mana molekul dengan ukuran kecil (zat yang tidak lagi diperlukan dalam tubuh manusia) dari darah dapat terserap dan mengalir ke cairan dialysate, sedangkan structural layer membentuk ruangan mikro untuk aliran darah dan dialysate. Studi ini fokus pada pengembangan structural layer pada unit microfilter, di mana dilakukan modifikasi dari rancangan yang dilakukan peneliti terdahulu. Tahapan perancangan structural layer dilakukan dengan meningatkan luas area difusi, kemudian dilanjutkan dengan proses manufaktur dengan metode pemesinan electropolishing. Hasil dari pemesinan structural layer tersebut kemudian dirangkai bersama lapisan membran polyethersulfone (PES) dan komponen lain penyusun unit microfilter. Pengujian terhadap unit microfilter dilakukan dengan mengalirkan air dengan debit aliran 36 ml/menit selama 30 menit dan menampung air yang meresap melalui membran (filtrat), kemudian mengukur volume filtrat tersebut. Pengujian juga dilakukan terhadap unit microfilter yang pernah dirancang sebelumnya untuk kemudian dibandingkan total volume filtratnya. Didapat hasil perancangan structural layer berupa plat stainless steel 316L tebal 0,2 mm dengan diameter luar 50 mm, yang di tengahnya dibuat jalur lubang untuk chamber. Total luas area difusi 656,55 mm2, memiliki dua jalur channel yang paralel setelah lubang inlet. Terdapat delapan buah chamber yang masing-masing memiliki lebar 3 mm dan saling dihubungkan dengan connecting channel selebar 1 mm. Proses manufaktur berupa pemesinan dengan metode electropolishing berhasil dilakukan dengan tegangan 7 Volt, larutan elektrolit berupa NaCl 15%, machining gap 20 mm, dan waktu pemesinan 11 menit 45 detik. Dari pengujian aliran selama 30 menit, didapat rata-rata volume filtrat sebesar 7,028 ml pada microfilter dengan luas area difusi 656,55 mm2 dan volume filtrat 2,048 ml pada microfilter dengan luas area difusi 192 mm2, membuktikan bahwa microfilter dengan luas area difusi lebih besar dapat meloloskan fluida lebih banyak (pada proses dialisis, membuang zat yang tidak diperlukan tubuh lebih banyak) untuk waktu yang sama.

Wearable Artificial Kidney (WAK) has been developed rapidly for its adventageous role as a substitute for dialysis therapy. This device can improve the quality of a Chronic Kidney Disease (CKD) patient�s life due to its flexibility and that it can be worn while doing some activities. One main component in WAK acts as a blood filter (also called dialyzer), in a form of microfilter which consists of two main components: semipermeable porous membrane and structural layers. Semipermeable porous membrane acts as diffusing unit where molecules with smaller sizes from the blood pass through the membran to the dialysate, and structural layers form microchambers for blood and dialysate flow. This study focuses on developing the structural layer in microfilter, in which modification from the previously made designs is made. The design of structural layer is done by increasing the diffusion area, followed by manufacturing process using electropolishing method. The structural layers manufactured are then assembled together with polyethersulfone (PES) membrane and other parts forming the microfilter. A test is conducted to the microfilter by giving a water flow of 36 ml/min for 30 minutes and collecting the water passing through the membrane (filtrate), then measuring the volume. The same test is also done to the microfilter which was designed previously to compare the volume of filtrate. The new design of structural layer is obtained, in a form of 0.2 mm thick stainless steel 316L sheet, with outer diameter of 50 mm, which structural hole is made in the middle to form chambers. The diffusion area designed is 656.55 mm2. The structural layer has two parallel channels after the inlet hole. There are eight chambers, each has a width of 3 mm and connected each other with 1 mm width connecting channels. The manufacturing process was successfully done using electropolishing method with 7 Volt voltage, NaCl 15% electrolyte solution, machining gap of 20 mm and 11 minutes 45 seconds duration. The results of the tests, each conducted for 30 minutes, show an average filtrate volume of 7.028 ml coming from the microfilter with the diffusion area of 656,55 mm2 and an average filtrate volume of 2.048 ml from the microfilter with the diffusion area of 192 mm2, proving that microfilters with higher diffusion area filter out more fluid (in dialysis process, filter out more waste of body nutrients) for the same duration.

Kata Kunci : Wearable Artificial Kidney, dialisis, microfilter, structural layer, area difusi, filtrat