Baru-baru ini, pemanfaatan nanomaterial (seperti ZnO nanorods) untuk biosensor serat optik telah digunakan untuk meningkatkan sensitivitas dan biokompatibilitas beberapa platform penginderaan. ZnO memiliki sifat yang unik yang menjadikannya bahan yang ideal untuk perangkat penginderaan elektronik dan fotonik. Hal ini disebabkan tidak adanya pusat simetri dalam struktur Wurties, bersama dengan besar kopling elektromekanis dan celah pita lebar. Selain itu, rasio luas permukaan terhadap volume yang tinggi menyebabkan penyerapan cahaya atau elektron yang sangat sensitif dan efisien. Teknik fabrikasi yang berbeda untuk struktur nano ZnO ditunjukkan termasuk teknik sol-gel dan metode hidrotermal. Metode hidrotermal merupakan metode yang sederhana, biaya rendah dan memiliki efisiensi tinggi. Batang ZnO juga telah digunakan dalam kombinasi dengan film emas atau perak atau nanopartikel untuk menciptakan lebih banyak biosensor yang efisien berdasarkan plasmonic permukaan resonansi (SPR) dan hamburan Raman (SERS) metode optic. ZnO digunakan sebagai komponen pasif untuk mengurangi kerugian sinyal optik dan lampiran struktur nano Au yang lebih baik di biosensor SPR. Dalam deteksi bebas label, sinyal yang terdeteksi dihasilkan langsung dengan interaksi di tempat analit dan transduser. Teknik rekombinasi sel bioluminescent dan sinyal bioluminescent pada optic serat digunakan untuk mendeteksi strain Escherichia coli.
Metode dan Hasil
Dalam percobaan, cahaya datang dibiaskan (mengabaikan efek pelensaan dari sisi serat) pada ujung di sudut dating yang besar (lebih besar dari sudut kritis). Kehadiran nanorods ZnO di ujung serat menyebabkan dua bentuk hamburan: maju dan mundur. Hamburan maju cenderung mengurangi sinyal yang dipantulkan. Bagian belakang cahaya yang tersebar mencapai detektor (kerucut yang terbentuk) sudut besar dengan sisi serat). Bagian dari cahaya yang dipantulkan total secara internal dari ujung bocor kuat karena sudut kecil yang terbentuk dengan serat samping. Oleh karena itu, ia memiliki efek minimal pada detektor. Itu pertumbuhan ZnO disamping juga dapat meningkatkan kebocoran sinyal. Biasanya diinginkan untuk memiliki sinyal hamburan balik saja. Karena sinyal hamburan balik dapat lemah, lapisan emas ditambahkan untuk sedikit meningkatkan ini sinyal latar belakang di luar batas kebisingan detektor. Daya total latar belakang yang disebabkan oleh mekanisme ini adalah disebut sebagai PR =Pfr – Pfwd. Di sini, Pfr adalah daya yang mencapai detektor karena hanya pantulan Fresnel ujung serat (tanpa batang). Pfwd adalah perkiraan pengurangan karena hamburan maju batang di ujung dan sisi serat. Hamburan mundur, Pbkd, di sisi lain diasumsikan dipandu ke ujung serat yang lain dan mencapai detektor karena sudutnya yang besar terhadap sisi serat.
Untuk modulasi intensitas, hasil menunjukkan reflektansi rata-rata yang diukur dengan rata-rata pengukuran pada rentang panjang gelombang dari 500nm sampai 600nm. Plot menunjukkan hampir linier meningkat dengan konsentrasi E. Coli. Kemiringan untuk eksitasi ujungnya jelas lebih tinggi dari sisi eksitasi (4.4×10-4 dibandingkan dengan 2.5×10-4 unit/CFU/ml). Pergeseran panjang gelombang dan modulasi intensitas pengukuran menunjukkan sensitivitas yang lebih tinggi untuk ujung eksitasi dibandingkan dengan eksitasi samping. Kemiringan di keduanya skema sekitar 1,7 kali lebih tinggi untuk ujung eksitasi. Hasil juga menunjukkan spektrum hamburan pantulan dari berbagai konsentrasi bakteri E-coli dalam air yang kontak dengan ujung serat optik (Au/ZnO nanorods/serat plastik) pada panjang gelombang cahaya tampak, puncak spektrum untuk bagian tengah serat optik (Au/ZnO nanorods/serat plastik). Pergeseran proporsional dalam sensor Au/ZnO/Fiber optic terhadap konsentrasi E. coli bersama dengan standar deviasi sebagai bar kesalahan dan Pergeseran proporsional dalam Au/ZnO/Fiber optik bagian tengah Fiber.
Sebagai penutup, hasil ini menunjukkan pemanfaatan hamburan cahaya oleh nanorod ZnO yang dilapisi pada ujung POF untuk deteksi cepat E-coli dalam air. Lapisan tipis emas dilapiskan pada serat optic untuk meningkatkan sinyal latar belakang (background) di luar batas kebisingan detektor. Kedua hamburan mundur dari ujung serat serta hamburan samping ke depan oleh eksitasi samping menunjukkan peningkatan yang hampir linier dari refleksi total dengan peningkatan konsentrasi E.coli. Padahal, hamburan oleh ujung serat menunjukkan sensitivitas yang lebih tinggi, yaitu sebesar 1,7 kali dibandingkan dengan sisi perangsangan. Desain biosensor optik ini cukup sederhana dan berbiaya rendah dan hanya memanfaatkan pertumbuhan hidrotermal ZnO nanorods dengan keseragaman yang baik yang ditunjukkan oleh analisis SEM dan XRD.
Penulis: Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://www.engj.org/index.php/ej/article/view/4403
Optical Fiber Biosensor toward E-coli Bacterial Detection on the Pollutant Water, Hoorieh Fallah, Tannaz Asadishad, Gholam M. Parsanasab, Sulaiman Wadi Harun, Waleed S. Mohammed, and Moh. Yasin.DOI: https://doi.org/10.4186/ej.2021.25.12.1
