Ditulis oleh Shofarul Wustoni, Postdoctoral Fellow, Biosensor Group, KAUST
Dengan kemajuan bidang teknologi nano saat ini, para ilmuan telah mampu berkreasi dalam merekayasa suatu material hingga level satuan molekul, termasuk berbagai inovasi bentuk susunan rangkaian molekul di atas permukaan padatan dalam skala nanometer. Variasi susunan molekul (Nanomolecular Architecture) akan sangat mempengaruhi sifat kimia dan fisika suatu material, oleh karena itu desain susunan serta jenis molekul yang digunakan harus disesuaikan dengan keperluan yang diinginkan sebagai contoh dalam artikel ini akan dibahas secara singkat untuk aplikasi biosensor.
Untuk aplikasi biosensor, sebagian besar pengoperasian teknik deteksi dilakukan dengan menggunakan media elektrolit atau sampel dalam bentuk larutan, sedangkan komponen transduser (elemen yang mengkonversi sinyal interaksi biomolekul menjadi sinyal listrik yang mudah dibaca oleh user) adalah permukaan padatan. Oleh karena itu, lapisan molekul pertama diatas permukaan transduser disusun dari molekul yang mampu membentuk jejaring dengan struktur yang teratur seperti yang diilustrasikan pada Gambar 1(a). Hal ini berfungsi untuk membatasi antara permukaan padatan (transduser) agar tidak bersentuhan secara langsung dengan molekul air atau ion-ion dalam larutan, karena jika ion-ion dalam larutan terserap dan bersentuhan langsung dengan permukaan transduser, akan menyebabkan sinyal pengganggu yang cukup signifikan dan destruksi kinerja transduser. Secara sederhana, lapisan pertama ini dapat kita analogikan sebagai pondasi dalam sebuah bangunan rumah dan umumnya molekul dalam golongan SAM (self-assembled monolayer) banyak digunakan sebagai molekul lapisan pertama tersebut
Kemudian untuk lapisan kedua disusun dari molekul yang berfungsi sebagai konektor yaitu yang menghubungkan lapisan pertama (SAM) dengan lapisan teratas (molekul penangkap), analogi sederhananya sebagai tiang bangunan yang menghubungkan pondasi dan atap. Untuk menjadi sebuah konektor, molekul yang digunakan harus memiliki dua bagian ujung yang reaktif (reactive site) untuk bereaksi dengan molekul SAM dan juga bereaksi dengan molekul penangkap. Molekul yang umum digunakan sebagai konektor dalam aplikasi biosensor adalah glutaraldehida, yaitu molekul yang kedua ujungnya adalah aldehid grup (-HC=O) yang bersifat reaktif. Ilustrasinya dapat dilihat pada Gambar 1(b). Dan kemudian lapisan teratas adalah molekul penangkap (probe molecule), molekul penangkap yang digunakan harus memiliki interaksi yang spesifik dengan molekul target, sebagai contoh jika kita ingin mendeteksi protein biomarker (antigen) dari penyakit kanker, maka molekul penangkap yang kita gunakan adalah antibodi yang berkolerasi langsung dengan target antigen, atau jika yang ingin dideteksi adalah pasangan DNA (Deoxyribo Nucleic Acid), maka molekul penangkap yang digunakan adalah pasangan DNA yang terkait. Beberapa contoh penggunaan molekul penangkap dapat diilustrasikan pada Gambar 1(c). Salah satu isu untuk pengembangan inovasi dalam bidang biosensor adalah menemukan molekul penangkap yang mudah dibuat atau ditemukan (low cost, easy handling) namun tetap memiliki interaksi yang spesifik dengan molekul target, inovasi ini juga akan dapat dikembangkan lebih lanjut menjadi ide penemuan obat (drug discovery).
Gambar 1. Ilustrasi dari susunan molekul untuk lapisan molekul pertama (a), Lapisan molekul kedua (b), dan Variasi molekul penangkap (c). Gambar ini diadaptasi dan dimodifikasi dari sumber [1].
Pustaka:
[1] Sho Hideshima et al., Biosensor and Bioelectronic, 26, 2419-2425 (2011).