Perpustakaan Digital ITB

Biosensor berbasis surface plasmon resonance (SPR) menggunakan kopling cahaya polikromatik dikembangkan untuk menyelidiki perubahan indeks bias yang terjadi sebagai akibat dari kehadiran bahan kimia atau proses biokimia. Penelitian diawali dengan mempelajari sensor SPR konvensional menggunakan prisma dengan mengamati spektrum reflektansi pada tiap variasi sudut cahaya. Lapisan film tipis emas dideposisikan menggunakan metode sputtering untuk mengeksitasi mode surface plasmon (SP). Pada sudut tertentu, terjadi resonansi, komponen tangensial vektor gelombang datang sama dengan bagian riil vektor gelombang surface plasmon menghasilkan gelombang evanescent yang merambat sepanjang bidang batas logam-dielektrik dan meluruh secara eksponensial dalam arah normal bidang batas logam-dielektrik sehingga mengurangi intensitas pantulan dan menghasilkan dip. Penelitian ini terbagi ke dalam dua bagian, yaitu eksperimen dan simulasi numerik. Rincian detail mengenai eksperimen yang mencakup fabrikasi dan karakterisasi sensor diberikan. Fabrikasi dimulai dengan pembuatan struktur taper menggunakan homemade tapering rig. Terdiri dari sebuah motor stepper yang dikendalikan oleh pc yang terhubung secara serial, tapering rig menarik salah satu ujung serat optik dengan kecepatan konstan sambil dilakukan pemanasan untuk menghasilkan taper berukuran seragam. Lapisan film tipis emas dideposisikan menggunakan metode sputtering pada struktur taper yang diperoleh. Karakterisasi UV-VIS dilakukan dengan menggunakan sumber cahaya polikromatis yang dihubungkan dengan spektrometer dan serat optik berbentuk Y-branch. Karakterisasi sensor juga dilakukan dengan melakukan pencelupan probe sensor ke dalam larutan uji dengan indeks bias yang berbeda. Hasil eksperimen untuk penginderaan struktur taper dalam larutan dengan indeks bias yang berbeda-beda ditampilkan untuk perhitungan sensitivitas dan resolusi sensor. Simulasi numerik yang dilakukan menggunakan Metode Elemen Hingga (FEM). Metode Elemen Hingga telah ditetapkan sebagai salah satu metode numerik yang paling kuat dan serbaguna dan telah diimplementasikan dalam disertasi ini untuk mengkarakterisasi, menganalisis dan mengoptimalkan biosensor optik. Pada simulasi, konstanta dielektrik kompleks dari logam diperhitungkan dengan menggunakan teknik perturbasi. Perumusan vektor-medan H untuk mode TM diterapkan, dan propagasi kompleks dan konstanta atenuasi dari mode surface plasmon diperoleh menggunakan metode elemen hingga untuk pandu gelombang optik dengan struktur yang terdiri dari film logam tipis yang dibatasi oleh dua media dielektrik. Dalam penelitian ini, sensor digunakan untuk mengetahui ada tidaknya proses hibridisasi DNA (Deoxyribonucleic acid). Hibridisasi DNA adalah pembentukan ikatan double strand DNA (dsDNA) antara dua rangkaian single strand (ssDNA) yang saling komplementer melalui perpasangan basa N. Simulasi numerik membahas dua arsitektur yang berbeda dari biosensor optik tanpa pelabelan. Pertama, biosensor serat optik berbasis surface plasmon resonance (SPR) untuk deteksi hibridisasi DNA dengan arsitektur sistem interferometer Mach-Zehnder (MZI) dilakukan pemodelan optik dengan menggunakan metode elemen hingga dengan teknik perturbasi yang memiliki kemudahan berupa komputasi lebih efisien dan dapat digunakan untuk pandu gelombang dengan nilai loss rendah atau menengah. Arsitektur penginderaan dengan prinsip kerja interferometer Mach-Zehnder didasarkan pada seberkas cahaya yang dibagi menjadi dua berkas yang selanjutnya dipadukan lagi yang hasil perpaduannya dapat ditangkap oleh detektor sebagai interferensi optik. Pergeseran fasa ketika indeks bias bervariasi dari 1.456 (ssDNA) menjadi 1.53 (dsDNA) berhasil diamati. Berdasarkan sifat gelombang evanescent pada pandu gelombang nanowires yang diteliti menggunakan FEM berdasarkan formulasi full-vektor medan-H untuk mendeteksi keberadaan proses hibridisasi DNA ditemukan bahwa metode numerik yang dilakukan memberikan kepekaan eksperimental dan batas deteksi yang baik. Simulasi kedua dilakukan pada arsitektur taper. Menggunakan pemodelan optik dengan menggunakan metode elemen hingga dan teknik perturbasi yang sama, dengan mengubah-ubah jari-jari inti nanowires, dapat dibuktikan bahwa medan evanescent semakin besar dengan berkurangnya ukuran jari-jari inti, sehingga dapat dibuktikan bahwa sensitivitas sensor dengan struktur taper meningkat pada bagian taper.