Deteksi Biomolekul Berbasis Label Nanopartikel Magnetik Green-Synthesized Fe3o4 dan Lapisan Tipis Giant Magnetoresistance dengan Half Wheatstone Bridge

Shania Garcia, Prof. Dr. Eng. Edi Suharyadi, M.Eng.

2023 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Penelitian ini melaporkan kinerja sensor giant magnetoresistance (GMR) berbasis lapisan tipis spin-valve (SV) pada rangkaian half Wheatstone bridge untuk mendeteksi label magnetik dan biomolekul. Lapisan tipis SV yang digunakan pada penelitian ini dibuat menggunakan RF magnetron sputtering dengan struktur Ta (2 nm)/Ir20Mn80 (10nm)/Co90Fe10 (3nm)/Co84Fe10B4 (10nm)/Ta (5nm) dan menunjukkan nilai magnetoresistansi (MR) sebesar 5,8%. Tujuan dari penelitian ini yaitu mengetahui respon sensor GMR dalam mendeteksi label magnetik dan biomolekul bovine serum albumin (BSA) mengunakan rangkaian quarter dan half Wheatstone bridge. Nanopartikel magnetik (NPM) Fe3O4 sebagai label disintesis dengan metode kopresipitasi. NPM menunjukkan sifat soft-ferromagnetic dengan magnetik saturasi (Ms) sebesar 55 emu/g untuk Fe3O4 dan 43 emu/g untuk Fe3O4@Ag dan Fe3O4/chitosan. Tenik pengujian terhadap label magnetik dan biomolekul dilakukan
secara real time dengan sistem terintegrasi jembatan Wheatstone dan Helmholtz Coil sebagai sumber medan magnet. Berdasarkan penelitian ini, rangkaian half bridge (2 SV) memiliki tegangan keluaran yang lebih tinggi dan saturasi yang lebih cepat dibandingkan rangkaian quarter bridge (1 SV). Sensor pada rangkaian half bridge dalam mendeteksi Fe3O4@Ag/BSA memiliki sensitivitas 0,51 mV/mg/mL lebih tinggi dibandingkan dengan sensor pada rangkaian quarter bridge sebesar 0,46 mV/mg/mL dengan linearitas sangat baik (R2 ? 0,95). Oleh karena itu, konfigurasi half Wheatstone bridge dapat digunakan untuk mencapai performa yang kompetitif dengan label magnetik yang disintesis hijau pada GMR sebagai biosensor dalam mendorong pendeteksian yang lebih responsif.

This study reports the performance of a spin-valve (SV) thin film-based giant magnetoresistance (GMR) sensor on a half-Wheatstone bridge circuit to detect magnetic labels and biomolecules. The SV thin film used in this study was made using RF magnetron sputtering with a Ta (2 nm)/Ir20Mn80 (10 nm)/ Co90Fe10 (3 nm)/Co84Fe10B4 (10nm)/Ta (5nm) structure and showed a magnetoresistance (MR) value of 5,8 %. This study aimed to determine the response of the GMR sensor in detecting magnetic labels and bovine serum albumin (BSA) biomolecules using quarter and half Wheatstone bridge circuits. Magnetic nanoparticles (MNP) of Fe3O4 as labels were synthesized by the coprecipitation method. MNP exhibits soft-ferromagnetic properties with magnetic saturation (Ms) of 55 emu/g for Fe3O4 and 43 emu/g for Fe3O4@Ag and Fe3O4/Chitosan. Detection techniques for magnetic labels and biomolecules are carried out in real-time with an integrated system of the Wheatstone bridge and Helmholtz Coil as the magnetic field source. Based on this study, the halfbridge circuit (2 SV) has a higher output voltage and faster saturation than the quarterbridge circuit (1 SV). In addition, the sensor in the half-bridge circuit in detecting Fe3O4@Ag/BSA has a sensitivity of 0,51 mV/mg/mL higher than the sensor in the quarter bridge circuit of 0,46 mV/mg/mL with excellent linearity (R2 ? 0,95). Therefore, the half bridge configuration is reliable for achieving competitive performance with green-synthesized magnetic labels in GMR as biosensors in encouraging more responsive detection.

Kata Kunci : Sensor GMR, green synthesis, Fe3O4@Ag, Fe3O4/chitosan, biomolekul, half Wheatstone bridge