Biosensor Giant Magnetoresistance Berbasis Label Magnetik Green-Synthesized Nanokomposit Fe3O4/Kitosan Untuk Pengamatan Pertumbuhan Mikroalga

RIZQI A'MAL HIBATULLAH TABRANI, Prof. Dr. Eng. Edi Suharyadi, M. Eng.

2026 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Penelitian ini mengkaji kinerja biosensor magnetik berbasis giant magnetoresistance (GMR) chip AAL024 menggunakan label magnetik nanokomposit Fe₃O₄/Cs untuk pemantauan pertumbuhan mikroalga Euglena gracilis secara real-time dan non destruktif. Nanokomposit Fe₃O₄/Cs berhasil disintesis dan menunjukkan penurunan ukuran kristalit menjadi 8,5 nm setelah penambahan kitosan. Analisis morfologi menunjukkan bahwa sampel Fe₃O₄ memiliki distribusi ukuran partikel 6-22 nm dengan ukuran rata-rata 11 ± 1,6 nm, sedangkan Fe₃O₄/Cs memiliki distribusi 7-16 nm dengan ukuran rata-rata 10,9 ± 1,8 nm. Penambahan kitosan menyebabkan penurunan magnetisasi saturasi dari 54,4 menjadi 42,1 emu/g yang menunjukkan adanya interaksi antara lapisan polimer nonmagnetik dan nanopartikel Fe₃O₄. Sensor GMR dioperasikan pada medan magnet bias dan menunjukkan sensitivitas optimum pada 4 Oe. Sistem pengukuran dilengkapi penguat diferensial dan low-pass filter untuk mengurangi derau frekuensi tinggi sehingga kualitas sinyal meningkat tanpa mengubah karakteristik utama sinyal. Hasil pengujian menunjukkan sensitivitas sensor sebesar 11,37 mV/(mg/mL) dengan batas deteksi 0,87 mg/mL. Evaluasi kestabilan sinyal menghasilkan nilai relative standard deviation yang rendah pada konsentrasi label optimum sehingga menunjukkan pengulangan respons yang baik. Pemantauan pertumbuhan Euglena gracilis selama 18 hari menunjukkan pola sinyal GMR yang sebanding dengan metode perhitungan jumlah sel dan densitas optik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa biosensor GMR berbasis Fe₃O₄/Cs berpotensi sebagai instrumen pengamatan pertumbuhan mikroalga yang cepat, stabil, dan berkelanjutan untuk aplikasi bioteknologi.

This study investigates the performance of an AAL024 giant magnetoresistance (GMR) chip-based magnetic biosensor using Fe₃O₄/Cs nanocomposite magnetic labels for real-time and non-destructive monitoring of Euglena gracilis growth. Fe₃O₄/Cs nanocomposites were successfully synthesized and showed a decrease in crystallite size to 8.5 nm after chitosan addition. Morphological analysis revealed that Fe₃O₄ particles had a size distribution of 6-22 nm with an average size of 11 ± 1.6 nm, while Fe₃O₄/Cs exhibited a distribution of 7-16 nm with an average size of 10.9 ± 1.8 nm. The addition of chitosan reduced the saturation magnetization from 54.4 to 42.1 emu/g, indicating interactions between the nonmagnetic polymer layer and magnetite nanoparticles. The GMR sensor was operated under a bias magnetic field and exhibited optimum sensitivity at 4 Oe. The measurement system was equipped with a differential amplifier and low-pass filter to reduce high-frequency noise and improve signal quality without altering the main signal characteristics. The sensor demonstrated a sensitivity of 11.37 mV/(mg/mL) with a detection limit of 0.87 mg/mL. Signal stability evaluation showed a low relative standard deviation at the optimum label concentration, indicating good response repeatability. Observation of Euglena gracilis growth for 18 days produced GMR signal patterns comparable to cell counting and optical density methods. These results indicate that the Fe₃O₄/Cs -based GMR biosensor has potential as a fast, stable, and sustainable instrument for monitoring microalgae growth in biotechnology applications.

Kata Kunci : Biosensor giant magnetoresistance, Euglena gracilis, Fe3O4/Cs, Green synthesis