Biosensor berbasis giant magnetoresistance dengan green-synthesized nanokomposit Fe3O4/rGO sebagai label magnetik

Zurnansyah, Prof. Dr.Eng. Edi Suharyadi, M. Eng.

2024 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Penelitian ini melaporkan sistem biosensor berbasis chip giant magnetoresistance (GMR) sebagai transduser dan nanokomposit Fe3O4/rGO sebagai label magnetik untuk mendeteksi protein bovine serum albumin (BSA). Chip komersial AAL024 digunakan sebagai sensor GMR, dan untuk memperoleh tegangan keluaran digital, sensor tersebut dikombinasikan dengan mikrokontroler Arduino (AM) dan penguat diferensial dasar. Nanokomposit Fe3O4/rGO disintesis dengan metode kopresipitasi dan metode Hummers termodifikasi menggunakan pendekatan green synthesis memanfaatkan ekstrak tumbuhan. Fe3O4 menunjukkan struktur face-centered cubic (FCC) inverse spinel dengan ukuran kristalit 11,6 nm. Perilaku superparamagnetik diidentifikasi untuk semua nanomaterial dengan magnetisasi saturasi masing-masing 54,2, 41,2, dan 21,7 emu/g untuk Fe3O4, Fe3O4/rGO (5:1), dan Fe3O4/rGO (5:5). Sifat magnetik ini mempengaruhi kualitas label magnetik dalam aplikasi biosensor. Modifikasi nanopartikel Fe3O4 menjadi nanokomposit Fe3O4/rGO mempengaruhi sensitivitas sensor. Dalam mendeteksi BSA digunakan dua label magnetik yaitu Fe/rGO 1 dan Fe/rGO 5. Sensor GMR dapat memperoleh sinyal dalam waktu pengukuran 30 detik dengan sensitivitas yang tinggi yaitu 22,9 ± 0,8 dan 12,6 ± 0,4 mV/(mg/mL) dan limit of detection (LOD) yang rendah yaitu sebesar 0,3 dan 0,4 mg/mL untuk Fe/rGO 1/BSA dan Fe/rGO 5/BSA. Hasil ini menunjukkan sensitivitas yang tinggi dari sensor GMR dalam mendeteksi biomolekuler analit. Oleh karena itu, sensor berbasis chip GMR yang terintegrasi dengan nanokomposit Fe3O4/rGO memiliki potensi kuat untuk dirancang sebagai sistem biosensor yang kompetitif.

This research reports a biosensor system based on a giant magnetoresistance (GMR) chip as a transducer and Fe3O4/rGO nanocomposites as magnetic labels to detect bovine serum albumin (BSA) protein. The commercial chip AAL024 is utilized as the GMR sensor, and to acquire the digital output voltage, the sensor is combined with an Arduino microcontroller (AM) and a basic differential amplifier. The Fe3O4/rGO nanocomposites were synthesized by the coprecipitation method and modified Hummers method based on the green synthesis approach utilizing plant extracts. Fe3O4 shows a face-centered cubic (FCC) inverse spinel structure with a crystallite size of 11.6 nm. Superparamagnetic behavior is identified for all nanomaterials with saturation magnetization of 54.2, 41.2, and 21.7 emu/g for Fe3O4, Fe3O4/rGO (5:1), and Fe3O4/rGO (5:5), respectively. These magnetic properties affect the quality of magnetic labels in biosensor applications. The modification of Fe3O4 nanoparticles to form Fe3O4/rGO nanocomposites affects the sensor’s sensitivity. In detecting BSA, two magnetic labels were used, Fe/rGO 1 and Fe/rGO 5. The GMR sensor can acquire signals in 30 s of measurement with high sensitivity of 22.9 ± 0.8 and 12.6 ± 0.4 mV/(mg/mL) and low limit of detection (LOD) of 0.3 and 0.4 mg/mL for Fe/rGO 1/BSA and Fe/rGO 5/BSA. These findings demonstrate the outstanding sensitivity of the GMR sensor in monitoring biomolecular analytes. Therefore, GMR chip-based sensor integrated with Fe3O4/rGO nanocomposites has strong potential to be designed as a competitive biosensor system.

Kata Kunci : Biosensor, Green synthesis, Fe3O4/rGO, Giant magnetoresistance, BSA protein