Deteksi virus corona merupakan langkah urgen dalam mengendalikan penyebaran pandemi COVID-19 yang menimbulkan korban jiwa dan terganggunya kehidupan sehari-hari. Identifikasi pasien yang terinfeksi diperlukan untuk mengendalikan penyebaran penyakit ini dan mengurangi dampaknya. Namun, presentasi klinis yang beragam dari penyakit ini seperti batuk, sakit tenggorokan, diare, dan demam [1], membuat tes konklusif diperlukan. Umur panjang virus ini di permukaan berkisar antara 2 – 72 jam menunjukkan kebutuhan yang berkelanjutan untuk mendeteksi virus secara dini dan meyakinkan. Sensor yang memenuhi kriteria ASSURED diperlukan untuk pengendalian COVID-19; ASSURED adalah singkatan dari keterjangkauan, sensitivitas, spesifisitas, keramahan pengguna, kecepatan, dan ketangguhan, bebas peralatan, dan pengiriman ke pengguna akhir.
Dalam makalah ini, akan disajikan desain awal sensor resonansi plasmon permukaan (SPR) menggunakan pengaturan Kretschmann dengan lapisan lapisan tipis emas dan lapisan DNA tethered tiol sebagai metode untuk mendeteksi COVID-19 dalam sampel cair. Metode teoretis dan simulasi adalah langkah pertama kami untuk membangun sensor ini di laboratorium dan desain sensor untuk menguji sampel COVID-19 aktual yang dikumpulkan dari calon pasien. Ini adalah langkah dasar tetapi perlu untuk mengembangkan sensor optik untuk COVID-19.
Metode dan Hasil
Sistem sensor terdiri dari tiga komponen utama: sumber laser He–Ne, detektor foto dan prisma. Sumber laser He–Ne dengan panjang gelombang 632,8 nm akan digunakan untuk memberikan cahaya dan detector-foto akan digunakan untuk menerima cahaya yang dipantulkan dari dalam prisma dan reflektifitasnya akan dihitung. Semua perhitungan ini dilakukan dengan menggunakan Matlab. Prisma adalah bagian penting dari sistem sensor dan untuk simulasi ini, Lapisan emas yang sangat tipis (dengan ketebalan berkisar antara 45 hingga 60 nm) diendapkan pada permukaan prisma. Setelah itu, DNA analit (virus) yang ditambatkan tiol akan diimobilisasi pada permukaan lapisan emas tersebut. Asumsinya adalah bahwa larutan yang mengandung analit akan diterapkan pada permukaan chip oleh sel aliran tertutup untuk menjamin keamanan. Virus akan membutuhkan beberapa waktu untuk mengikat DNA yang ditambatkan tiol dan menyebabkan perubahan indeks bias pada permukaan prisma. Pekerjaan sebelumnya telah menunjukkan bahwa DNA yang ditambatkan tiol memiliki indeks bias 1,3 – 1,5, tergantung pada ketebalan lapisan. Pada ketebalan 4 nm, indeks bias akan mendekati 1,4.
Hasil menunjukkan bahwa respon sensor prisma SF10 terhadap keberadaan analit dalam larutan cair. Untuk lapisan emas 50 nm, reflektifitas mencapai nilai terendah, sedangkan untuk lapisan emas 45 nm, terlihat lebih dalam. Kemiringan terdalam dengan FWHM sempit dicapai dengan ketebalan emas 55 nm. Seperti yang dapat dilihat pada hasil, reflektifitas minimum sensor terjadi ketika ketebalan lapisan emas antara 45 – 50 nm. Hal ini menunjukkan bahwa lapisan emas dengan ketebalan antara 45 – 50 nm cocok untuk digabungkan dengan DNA thiol-tethered. Reflektivitas minimum sensor sedikit lebih tinggi ketika ketebalan lapisan emas 50 – 60 nm karenanya kurang cocok untuk eksperimen lebih lanjut.
Hasil eksperimen menunjukkan respon sensor saat menggunakan prisma SF11. Prisma ini memiliki indeks bias yang lebih tinggi tetapi bisa mahal, jadi perbandingan antara mereka dan SF10 diperlukan untuk memutuskan mana yang lebih baik untuk mendeteksi analit menggunakan DNA yang ditambatkan tiol. Respons sensor ketika ketebalan lapisan emas masing-masing tepat 45, 50, 55, 60 nm. Dip resonansi serupa dan pola FWHM diperoleh dibandingkan dengan sensor sebelumnya dengan prisma SF10. Namun, FWHM untuk sensor SF10 lebih kecil. Reflektifitas sensor yang lebih kecil terjadi pada sudut resonansi ketika ketebalan lapisan emas antara 45 dan 50 nm dibandingkan dengan ketebalan 55 dan 60 nm yang lebih tebal. Hal ini menunjukkan bahwa lapisan emas dengan ketebalan antara 45 – 50 nm cocok untuk dikombinasikan dengan DNA tertambat tiol untuk aplikasi penginderaan.
Penulis: Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
http://www.mathnet.ru/links/37da4533d17400a37b671f5ec0d291c8/nano1053.pdf
H. A. Zain, M. Batumalay, H. R. A. Rahim, Z. Harith, M. Yasin, S. W. Harun., Surface plasmon resonance optical sensor for COVID-19 detection
