PERILAKU KONDUKTANS PADA ELEKTROPORASI TEGANGAN DENYUT TUNGGAL PELURUHAN EKSPONENSIAL

WARINDI, Prof. Dr. Ir. Sasongko Pramono Hadi, DEA.; Prof. Dr. Ir. Hamzah Berahim, M.T.; Dr. Eng. Suharyanto, S.T., M.Eng.

2017 | Disertasi | S3 Ilmu Teknik Elektro

Elektroporasi adalah terbentuknya pori-pori membran sel hayati secara sementara akibat medan listrik denyut. Dalam aplikasi medis, pori-pori yang terbentuk dimanfaatkan untuk perpindahan bahan terapi. Untuk mengetahui keberhasilan elektroporasi, salah satu caranya adalah dengan mengamati perilaku konduktans listriknya. Hal tersebut sudah dilakukan pada berbagai elektroporasi dengan denyut kuat, berulang dan durasi yang cukup lama hingga orde milidetik. Denyut listrik jenis steep peluruhan eksponensial dengan intensitas kecil dan durasi sangat pendek menyulitkan pengamatan konduktans karena fenomena yang terjadi sangat singkat. Untuk menyelesaikan masalah tersebut, maka dilakukan pemodelan menggunakan metoda elemen hingga. Simulasi model tersebut menghasilkan nilai-nilai konduktans dalam bentuk konduktans puncak, konduktans root mean square (RMS), dan waktu pemulihan konduktans. Waktu pemulihan konduktans mencerminkan waktu yang dibutuhkan sel untuk menutup kembali pori-pori membrannya. Pemodelan divalidasi menggunakan eksperimen dengan parameter-parameter yang sama. Pada tiap perlakuan dilakukan pengukuran arus dan tegangan saat elektroporasi berlangsung untuk mendapatkan nilai-nilai konduktans. Konduktans dalam bentuk puncak, RMS, dan waktu pemulihan. Hasil pemodelan dan simulasi menunjukkan bahwa konduktans selama elektroporasi meningkat yang ditunjukkan oleh konduktans puncak yang mengalami kenaikan dari 0,229 mili Siemens (mS) menjadi 1,896 mS yaitu kenaikan terendah pada tegangan 220 V dan kapasitans 2,2 nF. Sedangkan kenaikan tertinggi hingga sebesar 6,896 mS terjadi pada tegangan 1000 V dan kapasitans 8,8 nF. Demikian juga dengan nilai konduktans RMS yang mengalami kenaikan dari 0,229 mS menjadi 1,455 mS pada tegangan dan kapasitans terendah dan tertinggi sebesar 4,99 mS. Sedangkan durasi waktu penutupan kembali pori-pori membran sel minimal 0,086 dan maksimal 0,395 mili detik. Parameter elektroporasi yaitu tegangan dan kapasitans pembangkit denyut berpengaruh terhadap nilai kon- duktans. Semakin besar tegangan pembangkit denyut maka akan semakin besar pula konduktans puncak, RMS, dan waktu pemulihannya. Semakin besar nilai kapasitans pembangkit semakin besar pula konduktans RMS dan waktu pemulihan. Elektroporasi yang dihasilkan oleh pembangkit denyut peluahan kapasitor dengan tegangan pengisi maksimum 1000 V dan kapasitans 8,8 nF hanya menghasilkan elektroporasi dapat balik dengan waktu pemulihan yang pendek kurang dari 500 mikro detik. Melalui pendekatan model linier selanjutnya didapat hubungan antara parameter-parameter medan listrik denyut yaitu tegangan pengisi dan kapasitans terhadap variabel konduktans. Persamaan konduktans puncak adalah Gp = �0, 74 + 0, 006Vg , konduktans RMS Grms = 0, 029 + 0, 001Vg + 0, 05Cg, dan waktu pemulihan Trec = �0, 033 + 0, 0002Vg + 0, 018Cg .

Electroporation is temporarily formation of membrane pores of biological cells due to pulsed electric field. In medical applications, the pores formed are used for the transfer of therapeutic agents. To know the success of electroporation, one way is to observe the electrical conductance. It has been done on various electroporation application with strong pulse, repeating and long duration in order of millisecond. Electrical pulses of the type steep, exponential decay, with small intensity and very short duration make it difficult to observe conductance because of the very short phenomenon. To solve the problem, modeling is done using finite element method. The model simulation produces conduction values in the form of peak conductance, root mean square (RMS), and recovery time of conductance. The recovery time of the conductance reflects the time it takes for the cell to resealing its membrane pores. Modeling is validated using experiments with the same parameters. At each treatment, current and voltage measurements are taken when electroporation takes place to obtain conduction values. Conductance in the form of peak, RMS, and recovery time. The results of modeling and simulation show that the conductance during electroporation increased as indicated by the peak conductance which increased from 0.229 mili Siemens (mS) to 1.896 mS ie the lowest increase at 220 V voltage and 2.2 nF capacitance. While the highest increase is up to 6.896 mS occurred at voltage of 1000 V and capacitance of 8.8 nF. Likewise, the value of RMS conductance increased from 0.229 mS to 1.455 mS at the lowest and at highest voltage and capacitance of 4.99 mS. While the duration of resealing time of the cell membranes pores at least 0.086 and maximum 0.395 milli second. From both simulation and experiment, it can be seen that electroporation parameter i.e. voltage and capacitance in pulse generator effect on conductance value. The higher the pulse generating voltage the greater the peak conductance, RMS conductance, and pore sealing time. The greater the capacitance value of the plant the greater the RMS conductance and the recovery time. The electroporation generated by the capacitor discharge pulse generator with a maximum charging voltage of 1000 V and 8.8 nF capacitance yields a reversible electroporation with a short recovery time of less than 500 �¼s. Using linear model approach the relation between pulsed electric field parameters, the charging voltage Vg and capacitance, Cg and the conductance, give equation for peak conductance of Gp = â��0.74 + 0.006Vg, RMS conductance of Grms = 0.029 + 0.001Vg + 0.05Cg , and pore sealing time of Trec = â��0.033 + 0.0002Vg + 0.018Cg .

Kata Kunci : electroporation, exponential decay pulse, conductance, pores sealing time