Elemen Sensor Berbasis Nanopartikel Perak

Secara umum, sensor didefinisikan sebagai suatu divais yang dapat merespon sinyal atau stimulus. Berdasarkan IEEE 1451, sensor adalah divais yang dapat menghasilkan listrik, optik, atau data digital yang diperoleh dari kondisi fisik atau suatu kejadian. Sementara bio/chemical sensor merupakan sensor yang memanfaatkan material kimia/biologi sebagai sensing element. Merujuk dari definisi awal, maka bio/chemical sensor terdiri dari dua elemen yaitu sensing element dan transducer. Sensing element tersusun dari material kimia/biologi yang berinteraksi langsung pada measurand sementara transducer berfungsi untuk mengonversi measurand kedalam bentuk sinyal yang dapat diukur (Daniele Altschuh, 2008). Definisi ini secara lebih jelas dapat digambarkan sebagai berikut

  

 Definisi Bio/Chemical Sensor

Analyte merupakan substansi biologi, kimia, ataupun molekul lain yang dideteksi keberadaannya oleh reseptor. Sementara reseptor pada chemical/bio sensor berupa material kimia/biologi yang dimodifikasi sehingga memiliki kemampuan untuk mendeteksi analyte. Dari Gambar di atas, dapat terlihat bahwa reseptor bersifat selektif, yakni reseptor hanya mampu mendeteksi substansi atau molekul tertentu yang sesuai dengan kemampuan deteksi reseptor itu sendiri. Terdeteksinya substansi atau molekul tertentu ditunjukkan dari adanya perubahan fisika atau kimia yang terjadi.

Nanopartikel merupakan partikel yang sangat halus berukuran orde nanometer atau memiliki ukuran dalam interval 1 – 100 nm (M. Hosokawa, et.al., 2007 dan R. Nagarajan, 2008). Nanopartikel tersebut dapat berupa logam. oksida logam, semikonduktor, polimer, material karbon, senyawa organic, dan biologi seperti DNA, protein atau enzim (R. Nagarajan & T. Alan Horton, 2008). Pemanfaatan teknologi nanopartikel telah merambah diberbagai bidang, dintaranya di bidang industri, pertanian, elektronik, dan lain-lain.

Nanopartikel perak merupakan salah satu jenis nanopartikel yang aplikasinya telah banyak digunakan di berbagai bidang. Nanopartikel perak memiliki sifat optik dan sensing yang unik (S.T. Dubas dan V. Pimpan, 2008). Larutan nanopartikel perak berwarna kuning cemerlang. Warna larutan ini berbeda dengan warna larutan perak nitrat dalam ukuran makro yang tidak berwarna. Gambar 2.11 merupakan larutan nanopartikel perak yang merupakan hasil dari reduksi perak nitrat oleh natrium borohidrat. Larutan nanopartikel perak dengan agen pereduksi natrium borohidrat menunjukkan absorbansi Plasmon sekitar 400 nm (S.T. Dubas dan V. Pimpan, 2008).

 Larutan naopartikel perak hasil reduksi perak nitrat oleh natrium borohidrat (Solomon, et.al., 2007)

Warna larutan nanopartikel perak merupakan manifestasi dari localized surface plason resonance (LSPR). LSPR merupakan fenomena resonansi antara gelombang cahaya dan elektron-elektron yang berosilasi pada permukaan nanopartikel logam. Fenomena resonansi ini dapat terjadi jika frekuensi cahaya datang sama dengan frekuensi osilasi elektron-elektron pada permukaan nanopartikel logam. Fenomena ini tidak dapat teramati dengan hanya menyinari nanopartikel logam dengan cahaya, akan tetapi diperlukan suatu cara agar kondisi ini dapat teramati. Salah satu cara yang dilakukan dengan menggunakan prisma (Wikipedia, 2012).

SPR merupakan basis dari alat pengukuran adsorbsi permukaan logam datar ataupun permukaan nanopartikel logam.  Secara teknis, yang diukur dari proses ini adalah pengukuran sudut pantul minimum, absorbsi maksimum. Molekul logam akan menyerap energi foton yang berasal dari sumber cahaya. Hal ini menyebabkan terjadinya perubahan kondisi resonansi pada gelombang permukaan Plasmon. Pada nanopartikel, LSPR menyebabkan terjadinya peningkatan intensitas warna pada nanopartikel. Pita absorbsi dari nanopartikel akan semakin jelas terlihat jika disinari dengan sumber ultraviolet-visible. Posisi, bentuk, dan intensitas LSPR merupakan fungsi beberapa faktor seperti bentuk, ukuran, komposisi partikel, spesies yang teradsorbsi, serta konstanta dielektrik medium (A. Moores dan F. Goettmann, 2006). Faktor-faktor tersebut telah digunakan untuk mendeteksi berbagai macam analit seperti ion-ion logam berat (Yao, et.al., 2010 dan Haibing Li, 2010) melamin (C. Han dan Haibing Li, 2010), asam amino, DNA, dan pestisida (Sahoiqin Liu, et.al, 2008, Vamvaki Vicky, et.al, 2007, S.T. Dubas & Pimpan, 2008, Z. Chui, Cuiping Han, & Haibing Li, 2011).

Karena sifatnya yang dapat digunakan sebagai pendeteksi, maka dapat dikatakan nanopartikel perak dapat digunakan sebagai basis dari pembuatan elemen sensor. Nanopartikel perak yang dimodifikasi dapat digunakan untuk mendeteksi keberadaan pestisida pada konsentrasi tertentu (Sahoiqin Liu, et.al, 2008, Vamvaki Vicky, et.al, 2007, S.T. Dubas & Pimpan, 2008, Z. Chui, Cuiping Han, & Haibing Li, 2011). Penggunaan nanopartikel logam mulia, seperti perak dan emas secara luas sudah dimanfaatkan. Hal ini dikarenakan nanopartikel logam mulia memiliki koefisien punah (extinction coefficient) yang sangat tinggi dan sifat optis yang bergantung pada ukuran dan bentuk partikel, konstanta dielektrik medium, komposisi, dan jarak antarpartikel (A. Moores & F. Goettmann, 2006, Yao, et.al., 2010). Secara umum, metode kolorimetri dengan menggunakan nanopartikel logam mulia berdasarkan pada agregasi nanopartikel. Agregasi ini terjadi karena adanya reaksi antara ligan pada permukaan nanopartikel dengan molekul analit (Bakir, 2011). Perubahan warna larutan terjadi ketika jarak rata-rata antar partikel berkurang (T.M. Tolaymat, et.al., 2010).

Secara visual, perubahan warna yang terjadi pada larutan nanopartikel perak dapat mendeteksi ada atau tidaknya pestisida dalam suatu larutan. Sementara secara optik, terdeteksinya keberadaan pestisida dalam larutan ditunjukkan dengan adanya perubahan absorbansi atau pergeseran panjang gelombang. Perubahan atau pergeseran panjang gelombang (output) dengan variasi konsentrasi pestisida (input) yang memiliki pola tertentu dan dapat direpresentasikan dalam persamaan matematik, dapat dikatakan bahwa elemen tersebut memiliki fungsi transfer tertentu dalam mendeteksi pestisida sehingga dapat digunakan sebagai sensor.