Perpustakaan Digital ITB

Reaksi berantai polimerase (PCR) adalah standar dalam amplifikasi asam nukleat untuk aplikasi diagnostik. Kemajuan terbaru telah bergeser ke arah solusi point-of-care (POC), khususnya melalui integrasi sistem mikrofluida digital (DMF), yang memungkinkan manipulasi presisi tetesan sampel diskrit pada susunan elektroda. Karena mekanisme aktuasi elektromekanik untuk platform DMF-PCR spesifik saat ini telah melalui tahap pengembangan di ITB, terdapat kebutuhan kritis akan sistem instrumentasi khusus yang mampu mendeteksi dan menguantifikasi hasil amplifikasi. Proyek akhir ini mengatasi kesenjangan ini melalui desain dan implementasi dua subsistem utama: subsistem optik dan subsistem pemroses utama, yang berfungsi secara sinergis sebagai bagian dari sistem deteksi hasil tes PCR secara utuh yang dapat digabungkan dengan platform DMF-PCR yang telah dikembangkan sehingga menjadi instrumen diagnostik mandiri yang terintegrasi sepenuhnya. Subsistem optik mengatasi keterbatasan sensor iluminasi pasif dengan menggunakan modul kamera CMOS 5 megapiksel beresolusi tinggi untuk menangkap emisi fluoresens. Sistem ini dirancang untuk mendeteksi sampel bervolume kecil mulai dari 5 hingga 10 mikroliter dengan diameter sekitar 3 mm. Untuk memaksimalkan rasio sinyal terhadap derau/signal-to-noise ratio (SNR) dan mengisolasi emisi spesifik DNA yang disematkan dengan zat pewarna SYBR® Green, sumber eksitasi menggunakan LED biru pita lebar yang dipasangkan dengan bandpass filter (BPF) fisik 470 nm. Panjang gelombang spesifik ini menargetkan bahu eksitasi fluorofor untuk mengurangi kebocoran spektral, sementara filter emisi 525 nm mengisolasi sinyal pada sensor CMOS. Subsistem pemroses utama, yang ditenagai oleh sebuah single board computer (SBC) Raspberry Pi 4 Model B, berfungsi sebagai unit kendali pusat. Subsistem ini mengelola antarmuka pengguna grafis (GUI) melalui monitor layar sentuh fisik, menjalankan algoritma pemrosesan gambar, dan menangani aktuasi periferal. Printed circuit board (PCB) khusus yang memanfaatkan komponen penerjemah level tegangan dua arah TXB0102 memfasilitasi komunikasi yang kuat antara logika 3,3V dari SBC dan logika 5V dari sistem kendali DMF (Arduino Nano). Sinkronisasi dengan siklus termal PCR dicapai melalui interupsi perangkat keras yang dipicu oleh sistem kendali DMF, memastikan bahwa akuisisi optik terjadi tepat ketika tetesan diam selama fase ekstensi. Validasi eksperimental menunjukkan kinerja dan keandalan sistem yang tinggi. Dalam uji kuantifikasi fluoresens menggunakan pengenceran serial fluorescein sodium, sistem menunjukkan respons yang hampir linier, memvalidasi efikasi algoritma khusus Maximum Section Averages (MSA) dengan ekstraksi saluran G. Pengujian presisi menghasilkan koefisien variasi (CV) yang berkisar dari yang terendah 2,164 hingga tertinggi 25,308 di berbagai gradien konsentrasi. Lebih lanjut, ketahanan sistem diverifikasi melalui uji operasi berkelanjutan selama 4050 detik, meniru proses PCR 45 siklus lengkap (90 detik per siklus). Hasilnya mengonfirmasi bahwa sistem terintegrasi mendeteksi nilai fluoresens dengan benar di seluruh siklus, memvisualisasikan data tanpa kehilangan informasi, dan tetap responsif sepenuhnya tanpa kemacetan sistem. Kesimpulan hasil ini menunjukkan bahwa subsistem optik dan pemroses utama yang dirancang berhasil memenuhi persyaratan untuk perangkat deteksi DMF-PCR portabel, berbiaya rendah, dan kuantitatif.