Perpustakaan Digital ITB

Dalam disertasi ini, telah dilakukan penelitian pengembangan simulator pengukuran konsentrasi hemoglobin non invasive berbasis giant magnetoresistance. Tujuan penelitian ini adalah mendesain dan mengembangkan simulator pengukuran konsentrasi hemoglobin secara non invasive berdasarkan sifat magnetik hemoglobin. Adapun tujuan khusus dari penelitian yaitu: 1)mengembangkan rangkaian giant magnetoresistance (GMR) untuk deteksi medan magnet lemah, 2) mendesain dan membuat sumber medan magnet kuat untuk magnetisasi sampel dalam simulator pengukuran, 3) mengembangkan rangkaian penguat sinyal dan pengolah sinyal sensor GMR, 4) mendesain dan membuat pembangkit aliran fluida sebagai model aliran dalam pembuluh darah, 5) membuat prototipe simulator pengukuran hemoglobin non invasive, dan 6) mengetahui kemampuan simulator pengukuran konsentrasi feri klorit, porfirin dan hemoglobin. Desain simulator ini dibuat untuk mendapatkan model pengukuran konsentrasi hemoglobin tanpa mengambil sampel darah (non-invasive). Simulator pengukuran konsentrasi ini, terdiri dari tempat sampel, pembangkit aliran fluida, magnet permanen, sensor GMR, penguat sinyal, ADC, unit pemroses sinya, display dan personal computer (PC). Pembangkit aliran fluida akan mengalirkan larutan secara terkontrol, kemudian larutan akan termagnetisasi oleh magnet permanen. Ketika larutan mengalir dibawah sensor GMR, keadaan termagnetisasinya larutan akan direspon oleh sensor GMR. Sinyal keluaran sensor GMR diperkuat oleh penguat sinyal yang selanjutnya dikonversi menjadi sinyal digital agar mudah diolah. Respon tegangan sensor GMR terhadap sumber medan magnet 1,1 T untuk variasi jarak pada arah sumbu X menunjukkan tegangan saturasi 372,3 mV pada jarak 2cm dan tegangan cut-off 29,3 mV pada jarak 10 cm sampai akhirnya menunjukkan tegangan 21,8 V pada jarak 22 cm. Pada arah sumbu Y, pengujian respon sensor GMR menunjukkan tegangan saturasi 373,0 mV pada jarak 3 cm dan tegangan cut-off 21,8 mV pada jarak 22 cm. Hal ini menunjukkan bahwa penempatan sensor GMR setelah melewati jarak 10 cm pada arah X dan 22 cm arah Y, dapat dijadikan rekomendasi sebagai nilai batas dalam pengukuran medan magnet aliran fluida pada desain simulator pengukuran. Hasil pengujian faktor penguatan rangkaian penguat sinyal menunjukkan bahwa pada pengaturan gain 10 kali diperoleh 9,5 ±1,2 dan pada pengaturan gain 100 kali diperoleh 97,3 ± 0,8. Pada pemberian tegangan masukan lebih besar 50mV menghasilkan tegangan keluaran jenuh (cenderung konstan) yaitu 4,26 V karena terpotong tegangan sumber Vcc dari ICAD524. Hasil pengujian karakteristik arus tegangan motor DC tanpa beban roller menunjukkan bahwa pada tegangan input 0,5 V, motor DC belum berputar dan mulai berputar ketika tegangan input yang diberikan setelah melewati 1,0 V. Arus motor DC bertambah 0,10 A setiap kenaikan tegangan input 1 V. Karakteristik arus tegangan motor DC dengan beban roller menunjukkan bahwa pada tegangan input kurang dari1,5 V, motor DC belum berputar dan mulai berputar ketika tegangan input 1,5 V. Arus motor DC bertambah 0,08 A setiap kenaikan tegangan input 1 V. Karakterisasi kecepatan sudut terhadap tegangan kontrol menunjukkan bahwa rata-rata respon kecepatan sudut roda gigi-1 sebesar 3,939 rpm/Volt dan roda gigi-2 sebesar 1,313 rpm/Volt untuk setiap kenaikan tegangan 1 Volt. Hasil pengujian laju aliran volume diperoleh nilai sensitivitas sebesar 1,429 x 10-3mL/Volt berdasarkan perhitungan dan 1,431 x 10-3 mL/Volt berdasarkan pengukuran. Hasil pengujian ini diterapkan pada pengujian respon sensor GMR terhadap konsentrasi larutan FeCl3 dengan laju aliran 3,42 cm/s diperoleh sensitivitas sebesar 0,056 mV/μM. Hubungan respon sensor GMR terhadap konsentrasi porfirin dipengaruhi oleh laju aliran. Hasil pengujian pada konsentrasi porfirin menunjukkan bahwa pada laju aliran porfirin 3,42 cm/s, 3,66 cm/s, 3,78 cm/s, 3,94 cm/s, dan 3,99 cm/s memiliki sensitivitas 0,13 mV/μM. Setiap perubahan konsentrasi porfirin 1 μM, sensor GMR mengalami perubahan tegangan sebesar 0,13mV (menggunakan penguatan 100 kali). Laju aliran mempengaruhi jumlah momen magnetik yang mengalir tiap detiknya sehingga mempengaruhi nilai magnetisasi. Pengujian resolusi terhadap konsentrasi porfirin diperoleh sebesar 8x10-6M. Karakterisasi respon tegangan sensor GMR terhadap konsentrasi hemoglobin dengan variasi laju aliran menunjukkan bahwa pada laju aliran 0,29 cm/s sensitivitas sensor GMR sebesar 20,22 mV/(g/dL), pada laju aliran 0,31 cm/s sensitivitas sebesar 20,34 mV/(g/dL) , pada laju aliran 0,33mL/s, sensitivitas sensor GMR terhadap hemoglobin sebesar 20,45 mV/(g/dL) , Pada laju aliran 0,35cm/s. GMR memiliki sensitivitas sebesar 20,59 mV/(g/dL) dan pada laju aliran 0,37 cm/s diperoleh sensitivitas sebesar 20,95 mV/(g/dL). Meningkatnya laju aliran direspon oleh sensor GMR dengan sensitivitas semakin besar. Semakin cepat laju aliran menyebabkan volume hemoglobin yang diindera sensor GMR tiap detiknya semakin banyak. Secara keseluruhan, pengembangan simulator pengukuran konsentrasi hemoglobin secara non-invasive berbasis giant magnetoresistance telah berhasil dibuat. Simulator pengukuran konsentrasi hemoglobin ini menggunakan aliran fluida dengan kecepatan aliran 0,05 – 0,4 cm/s yang dapat mewakili kecepatan aliran pada pembuluh darah capillaries yaitu sekitar 0,1 cm/s yang bersifat konstan. Untuk mendapatkan laju aliran yang berosilasi seperti pada pembuluh darah yang besar (aorta dan vena cava) diperlukan pengembangan pembangkit laju aliran yang berosilasi mengikuti denyut jantung manusia.