Perpustakaan Digital ITB

Deteksi cepat, sensitif, dan selektif terhadap patogen serta biomarker infeksi merupakan kebutuhan mendesak dalam diagnostik mikrobiologi, terutama untuk Escherichia coli (E. coli) dan Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis) yang memiliki dampak signifikan terhadap morbiditas dan mortalitas global. E. coli, khususnya strain Shiga toxin-producing E. coli (STEC), berpotensi menyebabkan sindrom hemolitik uremik, sementara M. tuberculosis merupakan agen penyebab tuberkulosis (TBC), salah satu penyakit infeksi menular dengan beban kesehatan tertinggi. Namun, pengembangan platform diagnostik masih menghadapi keterbatasan terkait sensitivitas, selektivitas, stabilitas, dan kompleksitas analisis. Keterbatasan ini menunjukkan perlunya pendekatan yang tidak hanya meningkatkan kemampuan transduksi sinyal pada permukaan elektroda, tetapi juga memperbaiki interaksi spesifik antara target dan reseptor. Dalam studi ini, biosensor elektrokimia berbasis Metal-Organic Frameworks (MOF) dan peptida dikembangkan sebagai platform diagnostik untuk deteksi E. coli dan biomarker M. tuberculosis (CFP-10) melalui integrasi rekayasa material elektroda dan desain molekul pengenal yang lebih selektif. Studi ini terbagi dalam tiga topik utama: (1) Pengembangan biosensor menggunakan material CoMn ZIF terkonjugasi anti-O untuk deteksi bakteri E. coli. Penggabungan Mn dalam struktur ZIF menginduksi rekonstruksi fase, peningkatan luas permukaan spesifik, dan peningkatan transfer elektron. Konjugasi antibodi memodulasi kemampuan pembasahan permukaan, memperkenalkan mode vibrasi amida I dan II, serta secara selektif memblokir transfer elektron setelah pengikatan bakteri E. coli. Biosensor ini menunjukkan rentang linier deteksi antara 10 hingga 1010 CFU mL-1 dengan batas deteksi (LoD) 1 CFU mL-1, mengungguli biosensor optik dan biosensor berbasis MOF lainnya. Selain itu, biosensor ini mampu membedakan E. coli dari bakteri nonspesifik seperti Salmonella, Pseudomonas, dan Staphylococcus, serta mempertahankan sensitivitas >80% selama 5 minggu dan memulihkan 93,10-107,52% E. coli yang ditambahkan ke air keran (tap water). (2) Pengembangan biosensor menggunakan material karbon derivatif CoMn ZIF untuk mendeteksi biomarker CFP-10. Pirolisis CoMn ZIF menghasilkan material karbon mesopori (CoMn@C ZIF) dengan luas permukaan 370,69 m2 g-1 dan situs aktif N/M-Nx yang mendukung aktivitas redoks. Transformasi ini memperlihatkan perubahan dari mikropori tipe I menjadi mesopori tipe IV, yang meningkatkan performa elektrokimia biosensor. Pembentukan karbon dikonfirmasi oleh pita D dan G pada spektrum Raman, sedangkan evolusi grafitisasi terlihat dari perubahan rasio ID/IG pada suhu pirolisis yang lebih tinggi. Teknik electrografting kovalen pada elektroda Screen-Printed Carbon Electrode (SPCE) menghasilkan biosensor dengan respons stabil pada rentang 10-3-104 ng mL-1 dan LoD 1,60 ng mL-1, serta reproduksibilitas tinggi (2,97% RSD). Selain itu, biosensor ini mampu membedakan CFP-10 dari molekul nonspesifik seperti asam askorbat, asam urat, glukosa, urea, dan BSA, serta mempertahankan sensitivitas >80% sampai minggu ketiga penyimpanan dan memulihkan 99,98-102,04% protein CFP-10 yang ditambahkan ke serum manusia. (3) Pemodelan dan uji deteksi Peptida Pal (PepPal) terhadap E. coli. PepPal dirancang menggunakan pendekatan docking in silico, yang mengonfirmasi afinitas tinggi terhadap protein OmpA (?G° = -14,3 kcal mol-1) dan divalidasi oleh respons kinetika asosiasi-disosiasi pada satu CFU mL-1 ekuivalen molaritas OmpA (?G° = -28,32 kcal mol-1) sebagai apparent kinetics. Imobilisasi kovalen PepPal pada SPCE menghasilkan biosensor yang sangat selektif terhadap E. coli dibandingkan dengan target nonspesifik lainnya (seperti Salmonella, Pseudomonas, dan Staphylococcus), dengan rentang deteksi 10-1010 CFU mL-1 dan LoD 2 CFU mL-1. Biosensor ini menunjukkan stabilitas operasional hingga 20 hari pada suhu ruang. Secara keseluruhan, studi ini menunjukkan bahwa sinergi antara material MOF bimetalik, material derivatif MOF, dan desain peptida sintetik menghasilkan biosensor point-of-care yang tangguh, selektif, dan berbiaya rendah, serta dapat diterapkan pada berbagai kebutuhan diagnostik klinis dengan kinerja yang andal.