Kajian Peningkatan Sensitivitas dalam Rancang Bangun Biosensor Berbasis Surface Plasmon Resonance (SPR) dengan Menggunakan Nanopartikel Perak

LUFSYI MAHMUDIN, Prof. Drs. Kamsul Abraha, Ph.D.; Prof. Agung BS Utomo, S.U., Ph.D.; Dr.Eng. Edi Suharyadi, S.Si., M.Eng.

2017 | Disertasi | S3 Ilmu Fisika

Telah dilakukan penelitian tentang nanopartikel perak sebagai bahan aktif biosensor Surface Plasmon Resonance (SPR). Pengembangan biosensor berbasis nanopartikel perak ini dimaksudkan untuk meningkatkan sensitivitas biosensor SPR. Tujuan utama penelitian ini adalah untuk mengembangkan biosensor SPR berbasis nanopartikel perak yang dapat beroperasi dengan baik dalam mode refleksi internal total menggunakan konfigurasi Kretschmann. Metode yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari beberapa langkah/tahap, yaitu mulai dari sintesis nanopartikel perak dengan metode reduksi kimia. Karakterisasi sifat fisik nanopartikel perak berupa ukuran, bentuk dan struktur dengan TEM serta karakterisasi sifat optiknya dengan spektrometer UV-Vis. Tahap berikutnya memodifikasi sistem spektroskopi SPR dengan menambahkan lapisan tipis nanopartikel perak di atas lapisan tipis perak. Spektrum absorpsi koloid nanopartikel perak menunjukkan bahwa penambahan zat penstabil, kenaikan suhu sintesis dan lama pengadukan mempertajam kurva spektrum serta terjadi pergeseran pita absorpsi maksimum surface plasmon ke arah panjang gelombang lebih kecil yang mengindikasikan ukuran yang lebih kecil. Variasi konsentrasi trinatrium sitrat dan PVA juga mempertajam kurva spektrum serta terjadi pergeseran pita absorpsi maksimum ke arah panjang gelombang lebih besar yang mengindikasikan ukuran yang lebih besar. Citra TEM memperlihatkan bahwa populasi tertinggi ukuran diameter nanopartikel perak semua sampel berada pada kisaran 10 sampai 60 nm. Citra TEM juga memperlihatkan bahwa bentuk morfologi (kristalit) nanopartikel perak memiliki geometri hampir bulat dengan distribusi partikel bersifat cukup dispersif meskipun terdapat kecenderungan terjadi penggumpalan. Dispersibilitas nanopartikel seperti ini berpotensi dapat digunakan sebagai bahan aktif biosensor SPR. Hasil pengamatan fenomena SPR memperlihatkan terjadinya pergeseran sudut SPR ketika lapisan tipis perak sebagai bahan aktif sensor dilapisi dengan nanopartikel perak dan nanopartikel perak disintesis dengan zat penstabil. Pergeseran sudut ini dipengaruhi oleh jenis zat penstabil, konsentrasi zat pereduksi dan konsentrasi zat penstabil. Penambahan lapisan nanopartikel perak dan nanopartikel perak yang disintesis dengan zat penstabil ini juga mempertajam nilai reflektansi. Pergeseran sudut SPR dan peningkatan nilai reflektansi disebabkan oleh perubahan konstanta gelombang surface plasmon, yang menjadi suatu acuan bahwa fenomena SPR dengan modifikasi permukaan sensing menggunakan lapisan tambahan nanopartikel perak dapat menambah sensitivitasnya. Sensitivitas untuk panjang gelombang pita absorpsi maksimum surface plasmon terhadap FWHM pita absorpsi maksimum surface plasmon dan diameter rata-rata nanopartikel perak yang akan ditambahkan sebagai lapisan tipis nanopartikel perak di atas lapisan tipis perak pada sistem optik SPR berorde 10-4 o/nm.

The research on the silver nanoparticles has been observed as active biosensor Surface Plasmon Resonance (SPR) material. Development of silver nanoparticle-based biosensors is intended to improve the sensitivity of SPR biosensor. The main objective of this study is to expand of SPR biosensor-based silver nanoparticles that can operate well in a total internal reflection mode using Kretschmann configuration. The method used in this study consists of several steps, starting from the synthesis of silver nanoparticles with chemical reduction method. Characterization of physical properties of shape, size and structure silver nanoparticles is done by TEM and characterization of optical properties by UV-Vis spectrometer. The next phase is to modify SPR spectroscopy system by adding a thin film of silver nanoparticles on a thin film of silver. The absorption spectra of colloidal silver nanoparticles showed that the addition of the stabilizer, synthesis temperature and stirring sharpened spectrum curve as well as a shift in the surface plasmon absorption band maximum towards smaller wavelengths which indicating a smaller size. Variations of trisodium citrate and PVA concentration also sharpen spectrum curve as well as a shift of the absorption band maximum in the direction of greater wavelength indicating a larger size. TEM image at the top shows that the population size of the diameter of the silver nanoparticles in all samples are in the range of 10 to 60 nm. TEM image also shows that the morphology (crystallites) of silver nanoparticles have nearly spherical geometry with particle distribution is sufficiently dispersive despite aggregation tendency occurs. Disperse phenomena such nanoparticles could potentially be used as an active SPR biosensor material. The result of the SPR phenomenon represents a shift in the SPR angle when a thin film of silver as an active sensor material coated with silver nanoparticles and silver nanoparticles synthesized with the stabilizer. The shift angle is influenced by the type of stabilizer, the concentration of the reducing agent and stabilizer concentration. The addition of a layer of silver nanoparticles and silver nanoparticles were synthesized with the stabilizer is also sharpens the reflectance values. SPR angle shift and increase in the value of the reflectance caused by the constant changes in surface plasmon wave, which is becoming a reference that the phenomenon of SPR with the sensing surface modification using an extra layer of silver nanoparticles can increase sensitivity. Sensitivity to wavelength surface plasmon absorption band maximum to the FWHM surface plasmon absorption band maximum and the average diameter of the silver nanoparticles to be added as a silver nanoparticles thin films on a silver thin film on the SPR optical system of the order of 10-4 o/nm.

Kata Kunci : Silver nanoparticles, SPR, ATR, optical properties, sensitivity.