FABRIKASI BIOSENSOR BERBASIS FE3O4 NANOPARTIKEL YANG ...
Transcript of FABRIKASI BIOSENSOR BERBASIS FE3O4 NANOPARTIKEL YANG ...
LAPORAN
PENELITIAN PENGEMBANGAN IPTEKS (PPI)
FABRIKASI BIOSENSOR BERBASIS FE3O4 NANOPARTIKEL YANG DISINTESA DARI PASIR BESI
ALAM LOKAL
Tim Pengusul
Ketua Peneliti : Sugianto, S.Si., M.Si. (0315058505)
Anggota : Mirza Nur Hidayat, S.Si., M.Si. (0423068204)
Nomor Surat Kontrak Penelitian : 182/F.0307/2019
Nilai Kontrak : Rp. 17.000.000,00
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PROF. DR. HAMKA
2019
ii
HALAMAN PENGESAHAN
PENELITIAN PENGEMBANGAN IPTEKS (PPI)
iii
SURAT KONTRAK PENELITIAN
iv
v
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pendistribusian magnetik nanopartikel ke dalam benih
Vigna radiata L. dan perkembangannya pada kecambah meliputi akar dan batang menggunakan
metode rendaman. Adapun magnetik nanoparikelnya merupakan hasil sintesa dari pasir besi
alam menggunakan metode ablasi kimia, kopresipitasi dan hidrotermal. Kebenaran tentang
magnetik nanopartikel diperlihatkan melalui ikatan gugus fungsi pada bilangan gelomabang 698
cm-1
. Penelitian ini dilakukan sebagai dasar untuk pengembangan lebih lanjut sebagai rekayasa
genetika. Hasil eksperimen telah memperlihatkan sebaran yang baik pada benih, sehingga seiring
perkembangannya juga magnetik nanopartikel dapat ditemukan pada bagian akar dan batang.
Olehsebab itu penelitian ini memungkinkan untuk dikembangkan lebih lanjut untuk mengontrol
perkembangan tanaman dan rekayasa secara genetik.
Kata Kunci: Magnetik nanopartikel . rekayasa genetik . Mung Bean . Metode Rendaman
vi
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN PENGESAHAN............................................................................................................ii
SURAT KONTRAK PENELITIAN .............................................................................................. iii
ABSTRAK ........................................................................................................................................... v
DAFTAR ISI......................................................................................................................................vii
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................................... viii
BAB 1. PENDAHULUAN ................................................................................................................. 1
BAB 2. KAJIAN PUSTAKA ............................................................................................................. 3
2.1 State of Art .................................................................................................................................. 6
2.2 Renstra Penelitian ....................................................................................................................... 6
BAB 3. METODE PENELITIAN .................................................................................................... 9
3.1 Bagan Alir Penelitian ................................................................................................................. 9
3.2 Prosedur Penelitian ................................................................................................................... 10
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................................................... 12
4.1 Morfologi Magnetik nanopartikel ........................................................................................... 12
4.2 Analisi distribusi penyebaran magnetik nanopartikel pada benih kacang Hijau dan
kecambahnya ................................................................................................................................... 14
BAB 5. SIMPULAN DAN SARAN ............................................................................................... 17
5.1 Simpulan ................................................................................................................................... 17
5.2 Saran .......................................................................................................................................... 17
BAB 6. LUARAN YANG DICAPAI .............................................................................................. 18
UCAPAN TERIMAKASIH ............................................................................................................ 18
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................................... 19
LAMIPIRAN-LAMPIRAN ............................................................................................................. 22
Lampiran 1. Draft Artikel Publikasi .............................................................................................. 23
Lampiran 2. Biodata Ketua dan Anggota Peneliti ........................................................................ 29
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gambar referensi pengembangan penelitian pasir besi alam dan target
yang akan dikerjakan …………………………………………………
5
Gambar 2.2 Tahapan proses pengembangan sumber daya alam lokal Indonesia
sebagai material untuk pengembangan nanosains ……………………
6
Gambar 2.3 Roadmap Penelitian Eksplorasi Pasir Besi Alam untuk Aplikasi
Nanosains ………………………………………………………………
7
Gambar 3.1 Bagan alir penelitian sintesa magnetik nanopartikel Eksplorasi pasir
besi alam di pantai pelabuhan ratu Kabupaten Sukabumi, Jawa Barat
sebagai Material Maju dalam Pengembangan Biosensor ……………
10
Gambar 4.1 Visualisasi struktur morfologi dari magnetik nanopartikel
menggunakan citra SEM yang disintesa dari pasir besi alam .................
11
Gambar 4.2 Sel cotyledon pada benih Kacang Hijau menggunakan citra SEM 10
kV. ...........................................................................................................
12
Gambar 4.3 Sifat optik dari magnetik nanopartikel menggunakan spektroskopi
FTIR, dimana sifat magnetik diperlihatkan melalui ikatan logam Fe-O
pada bilangan gelombang 698 cm-1
..........................................................
13
Gambar 4.4 Distribusi magnetik nanopartikel dalam sel cotyledon pada benih
Kacang Hijau ..........................................................................................
14
Gambar 4.5 Gambar. 4.5 Sebaran magnetik nanopartikel pada akar kecambah
kacang Hijau ………………………………………………………….
14
BAB 1.
PENDAHULUAN
Tak dipungkiri lagi bahwa negara republik Indonesia merupakan salah satu negara agraris
yang memiliki kekayaan alam yang melipah, baik di daratan maupun di lautan. Meskipun
demikian, secara umum kekayaan yang di negara kita belum terkelolah seluruhnya. Bagian
kekayaan alam yang belum terkelolah dan keberadaanya yang melimpah adalah pasir besi. Pasir
besi sebagian besar terdapat didaerah pantai yang dibawah oleh aliran sungai. Dengan demikian
dapat nyatakan bahwa dibagian hulu sungai sudah pastinya terdapat sumber pasir besi atau juga
terdapat adanya gunung yang memiliki kandungan besi yang melimpah.
Di dalam pasir besi akan terdapat kandungan Fe sebagai kandungan utama disamping
unsur mineral lainnyayang jumlahnya relatif lebih kurang. Secara umum bahwa pasir besi
memiliki sifat magnetik yang sangat kuat. sifat dari kemagnetisasian berdasarkan berdasarkan
strukturnya yaitu hematite (Fe2O3), magnetite (Fe3O4), maghemite (γ-Fe2O3). (α-Fe2O3).
Magnetik nanopartkel yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi yaitu magnetit
(Fe3O4). Beberapa aplikasi yang telah dikembangkan oleh peneliti sebelumnya dengan
menggunakan Fe3O4diantaranya yaitu, biosensor (Baghayeriet al. 2014, Zhanget al. 2015,
Baratiet al. 2015), transport obat (Sakuragi, 2017), nuclear magnetic resonance (NMR) (Kenouche,
2014), bioimaging (Erathodiyilet al. 2011, Du et al. 2017), fotokatalisis (Zheng et al. 2006).Akan
tetapi di dalam pasir besi unsur Magnetit belum dapat langsung digunakan, hal ini dikarenakan
masih berkomposit dengan unsur lain atau kandungannya yang masih kurang. Oleh karena itu
perlu dilakukan ekstrak terhadap kandungan magnetik dari unsur lainnya. Beberapa penelitian
tentang pasir basi, untuk ekstrak bahan magnetik biasanya digunakan asam kuat yaitu
hydrochloric acid (HCl) atau sulphuric acid (H2SO4).
Dalam penelitian ini, pasir besi akan ditambahkan dengan HCl sebagai bahan pereduksi
atau yang dikenal sebagai metode chemical ablation. Hasil dari proses ini adalah berupa larutan
magnetik. Untuk mendapatkan endapan magnetik nanopartikel, larutan magnetik harus
direaksikan dengan basa kuat, biasanya basa kuat yang digunakan adalah sodium hydroxide
(NaOH) atau Ammonium hydroxide (NH4OH). Ukuran partikel magnetik sangat ditentukan oleh
penambahan kosentrasi dari basa (Kalantari et al. 2013, Tajabadi and Khosroshahi, 2012) dan
suhu (Islam et. al. 2011, Piñero et. al. 2017). Untuk mengetahui terbentuk atau tidak magnetik
2
nanopartikel, akan dilakukan beberapa uji-uji fisik diantaranya yaitu sifat kristalinitas (XRD),
kandungan mineral (EDX), gugus fungsi atau ikatan antar molekul (FTIR), morfologi (SEM).
3
BAB 2.
KAJIAN PUSTAKA
Material magnetik merupakan material yang sudah lama ditemukan sejak beberapa tahun
silam yaitu sekitar pada masa kuno. Bentuk secara umum dari material magnetik telah ditemukan
sekitar tahun 1981 yaitu dengan bentuk FeII Fe
III seperti sebuah spinel (Wu et. al. 2015). akan
tetapi secara umum material magnetik merupakan material mamiliki core magnetisasi yang
dihasilkan oleh Fe, Co dan Ni (Monachesi et al. 2013). Bagian secara umum material magnetik
memiliki bentuk formula AB2O4 dengan struktur kubik (Wu et. al. 2015).
Pasir besi merupakan salah satu material alam yang banyak terdapat di Indonesia. Pasir
besi memiliki sifat magnetisasi yang sanagat kuat bila diinteraksikan dengan bahan magnet.
Berdasarkan hasil studi awal, yaitu hasil dari karakterisasi dari XRD, bahwa pasir besi secara
umum mengandung bahan magnet dengan Fe sebagai core nya (Kuhn et al. 2002).
Formasi material magnetik dengan core Fe, memiliki beberapa variasi struktur
dianataranya adalah hematite (α-Fe2O3), magnetite (Fe3O4), maghemite (γ-Fe2O3). Pembentukan
struktur ini merupakan hasil proses secara alamiah oleh alam. Masing-masing dari varian
struktur tersebut juga memiliki struktur kristal yang bebeda. Perbedaan dari struktur tersebut
diakibatkan oleh penambahan kosentarsi asam kuat yang mengakibatkan pergeeran ukuran (Itoh
et al. 2003).
Berdasarkan dari data fotografi dan spektrum fotografi dari α-Fe2O3 memiliki struktur
kristal Heksagonal untuk bagian sel besar, sedangkan untuk bagian sel unit terkecilnya berbentuk
Rombohedral (Pauling dan Hendricks.1925).α-Fe2O3juga merupakan salah semikonduktor tupe-n
dengan besar energi band gap sebesar 2.3 eV. Berdasarkan informasi dari beberapa artikel
bahwaα-Fe2O3dapat dimanfaatk`1 an dalam beberapa aplikasi diantaranya adalah sebagai
katalis (Zheng et al. 2006,Basavegowdaet al. 2017), pigmen (.Hund, 1981) dan sensor gas
(Mirzaei et al. 2015).
Struktur besi oksida lainnya yaitu Fe3O4 memiliki struktur kristal kubik dengan parameter
kisi 8.367 Å dengan arah bidang kisi kristal utamanya yaitu (001), (111) dan (110) (Oda et al.
1998). Secara stokiometri Fe3O4 tersusun atas FeII/Fe
III = ½ yang terdiri dari ion Fe
2+ dan
Fe3+
yang masing-masing menempati setengah dari sisi oktahedral dan tetrahedral (Wu et. al.
2015). Secara utuh atau sebagian dapat digantikan oleh beberapa ion diantaranya adalah Co, Mn,
Zn, sehingga Fe3O4 memiliki dua bentuk tipe dalam transisi energi yaitu tipe-n dan tipe-p
4
(Metikoš-Hukovićet. al. 2013). Sedangkan besarnya transisi energinyaadalah 0.1eV yang
menjadikan Fe3O4 sebagai material semikonduktor dengan nilai resistivitas yang
rendah.Sedangkan untuk struktur kristal dari magnetik nanopartiekl dengan fase maghemit (γ -
Fe2O3) secara identik berbentuk kubik sama halnya dengan Fe3O4 (Wu et al. 2010). γ-Fe2O3
tergolong besi oksida tipe-n yang memiliki energi band gap sebesar 2.0 eV.
Berdasarkan studi literatur dan perkembangan sains dan teknologi terkini bahwa Fe3O4
dapat diperankan dalam beberapa aplikasi. Beberapa aplikasi tesebut meliputi bioimaging
(Erathodiyilet al. 2011, Du et al. 2017), biosensor (Baghayeriet al. 2014, Zhanget al.
2015,Baratiet al. 2015.), fotokatalisis (Zheng et al. 2006), fotodinamikterapi (Beltran-Huarac et
al. 2010, Sun et al. 2009) dan biomedis (Akbarzadehet al. 2012, Wu et al.2015).
Dalam menunjang peformanya untuk berbagai aplikasi tersebut, berdasarkan dari teori
nanopartikel dibutuhkan perubahan ukuran yang signifikan dari bentuk lebih besar kebentuk
yang lebih kecil (Wu et al.2018). Semakin menuju keukuran yang lebih kecil dari partikel
tersebut, maka akan sangat efektif dalam pengaplikasiannya. Hal tersebut dikarenakan efektivitas
muatan dalam partikel tersebut sangat reponsif terhadap keadaan disekitarnya atau energi dari
luar. Oleh karena itu masalah utama yang akan menjadi kendala dalam penelitian ini adalah
pengontrolan ukuran partikel dari bentuk yang lebih besar kebentuk yang lebih kecil untuk
pemanfaatan sebagai biosensor.
Berdasarkan dari studi literatur yang telah dilakukan bahkan perubahan ukuran dari suatu
partikel sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor saat melakukan sintesa. Beberapa faktor
tersebut diantaranya adalah suhu, tekanan, kosentrasi oleh karena itu variasi kosentrasi, suhu dan
tekanan akan menjadi bagian utama dalam proses sintesa sampai didapatkan ukuran partikel
yang kurang dari 10 nm.
Secara umum Fe3O4 disintesa dengan dua paduan inti logam seperti literatur di atas.
Untuk mensintesa para peneliti biasanya menggunakan garam-garam besi sintetik, diantaranya
adalah Ferit Nitrat (Fe(NO3)3·9H2O) (Hu et al.2011), FeCl2.4H2O dan FeCl3.6H2O (Shauo et
al.2007), dan Fe2(SO4)3·7H2O (Tadic et al.2014). Tetapi dalam penelitian Fe3O4 akan disintesa
dari pasir besi alam tanpa penambahan inti logam lainnya dengan menggunakan metode ko-
presipitasi dan sekaligus sebagai keterbaruan dalam penelitian ini adalah pembentukan ukuran
partikel kurang 10 nm dan aplikasinya untuk biosensor.
Beberapa peneliti lainnya yang telah mengkaji pasir besi alam dari berbagai daerah dan
dengan beberapa motode yang diterapkan diantaranya adalah Arifani et al. (2012) telah
5
melakukan sintesa multiferoik BiFeO3 dari pasir besi alam dengan menggunakan metode sol gel
dengan variasi suhu 250oC–500
oCdan menghasilkan ukuran kristal sebesar 7.2 nm - 64.2 nm.
Bilalodin et al. (2013) yakni mengkaji tentang Analisis Kandungan Senyawa Kimia dan Uji Sifat
Magnetik Pasir Besi PantaiAmbal, (Husain et al. 2016) telah melakukan penelitian pasir besi
alam disintesa menjadi material magnetit nanopartikel dengan menerapkan metode ko-pesipitasi
tapi dengan menambahkan garam besi FeSO4. Kusmawati et al. (2013)juga melakukan penelitian
tentang pasir besi alam yang dimanfaatkan sebagai nanopigmen. Rahmawati dan Handayani.
(2013) telah melakukan penelitian pasir besi alam sebagai ferrogel, Yulianto dan Aji. (2010)
telah melakukan penelitian pasir besi alam sebagai core induktor, Bukit et al. (2015) telah
melakukan sintesa Fe3O4 nanopartikel dengan menerapkan metode ko-presipitasi yang
ditambahkan dengan PEG-6000 dengan ukuran kristal yang dihasilkan adalah 29.08 nm.Saputra
et al. (2016) telah meneliti pasir besi alam sebagai penghasil ZnFe2O4 dengan menggunakan
metode ko-presipitasi.
Secara sederhana pengembangan penelitian tentang pasir besi dan aplikasinya secara
skematik dapat dilihat dalam Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Gambar referensi pengembangan penelitian pasir besi alam dan target yang akan
dikerjakan
6
2.1 State of Art
Berdasarkan pada studi literatur yang diperoleh dan pemfokusan pada penelitian ini yaitu
fabrikasi biosernsor dari Fe3O4 dan modifikasinya dengan sistem core shell, maka yang menjadi
state of art dalam penelitian ini adalah resourch dari sumber materialnya. Adapun sumber
material yang akan diterapkan adalah semua berasal material alam, Fe3O4 nanopartikel dari pasir
besi alam lokal sebagai core dan C-dot sebagai shell diperoleh dari lemon lokal. Hal ini sejalan
dengan penelitian yang telah dilakukan pada batch 1, yang memfokuskan pada sintesa
nanomaterialnya.
2.2 Renstra Penelitian
Renstra penelitian ini merupakan rencana strategis yang akan dikerjakan dalam
pengembangan material lokal Indonesia meliputi, pasir besi alam, arang tempurung dan limbah
pertanian sekam padi. Secara umum tahapan pengembangannya dapat lihat dalam Gambar 2.1.
Gambar 2.2. Tahapan proses pengembangan sumber daya alam lokal Indonesia sebagai
material untuk pengembangan nanosains
Sedangakann rencana strategis yang akan dikembangkan pada periode pertama yaitu
eksplorasi pasir besi alam sebagai material maju dan pengembangannya untuk nanosains dan
nanoteknologi secara khusus dapat dilihat pada roadmap penelitian dalam Gambar 2.3.
I
Meliputi tahapan
dalam mensitesa
nanomaterial
Kuantum Dot dari
sumber alam lokal
II
Uji kebenaran atau
karakterisasi
nanomaterial
Kuantum Dot
IV
Uji in vitro dan in
vivo
III
Pengembangan
secara sistem
komputasi
7
Gambar 2.3 Roadmap Penelitian Eksplorasi Pasir Besi Alam untuk Aplikasi Nanosains
2022-
2023
2021-
2022
Eksplorasi Magnetik Nanopartikel (Fe3O4) dari Pasir Besi Alam
2018-
2019
Sintesa Magnetik Nanopartikel
Standarisasi
HKI grandted
Uji Kelayakan Skala Laboratium
(Paten Sederhana) Rekomendasi
2020-
2021
2019-
2020
Roadmap Penelitian Eksplorasi Pasir Besi untuk Aplikasi Nanosains
Penelitian Pengembangan untuk
sistem Biologi *
Pengujian
secara Komputasi Desain Model
Sinkronisasi Teori
Komputasi dan Eksperimen
Modifikasi
Magnetik nanopartikel
Modeling
sistem energi
Penerapan
Teori
TKT: 1,2
TKT: 3
TKT: 4
TKT: 5
TKT: 6 TKT: 7, 8
* Biosensor
8
Adapun posisi pada setiap tahapan TKT yaitu:
TKT 1: Telah dilakukan studi literatur, baik teori atau empiris dari penelitian terdahulu,
tentang prinsip dasar teknologi yang akan dikembangkan.
TKT 2 :
Telah diketahui tahapan eksperimen yang akan dilakukan.
TKT 3 :
Telah dilakukan percobaan laboratorium untuk menguji kelayakan penerapan teknologi
tersebut.
TKT 4 : Telah dilakukan test laboratorium komponen-komponen secara terpisah.
TKT 5 :
Purwarupa telah dibuat
TKT 6 : Hasil uji membuktikan layak secara teknis (engineering feasibility)
TKT 7 : Peralatan, proses, metode dan desain Teknik telah diidentifikasi
TKT 8 : Proses fabrikasi diujicobakan pada skala percontohan (pilot-line atau LRIP)
9
BAB 3.
METODE PENELITIAN
3.1 Bagan Alir Penelitian
Gambar 3.1 Bagan alir penelitian sintesa magnetik nanopartikel Eksplorasi pasir besi alam di
pantai pelabuhan ratu Kabupaten Sukabumi, Jawa Barat sebagai Material Maju dalam
Pengembangan Biosensor
Tah
ap I
(B
atc
h 1
)
Tah
ap I
I (B
atc
h 2
)
10
Dalam rangka untuk menunjang terlakasananya kegiatan penelitian sebagaimana telah
dirancang dalam metode penelitian. Olehkarena itu perlu dilakukan pembagian tugas untuk
masing-masing kegiatan dalam metode penelitian. Secara khusus untuk pembagian tugas selama
kegiatan penelitian dapat dilihat dalam Tabel 3.1
Tabel 3.1. Uraian pembagian tugas tim peneliti berdasarkan pada kelompok bidang keilmuan
No. Nama / NIDN Instansi
Asal Bidang Ilmu
Alokasi
Waktu
(Jam
/Minggu)
Uraian Tugas
1 Sugianto, S.Si, M.Si
/ 0315058505 UHAMKA Nanomaterial 25.00
Sintesa Fe3O4 dan penerapan
sistem upteck pada Kacang
Hijau, interpretasi data,
pelaksanaan seminar dan
publikasi
2
Mirza Nur Hidayat,
S.Si., M.Si.
/0423068204
UHAMKA Media dan Model
Pembelajaran 25.00
Penyusunan proposal,
mempersiapkan bahan dan
peralatan laboratorium
3.2 Prosedur Penelitian
Sebanyak 2.0 gram dari pasir besi alam yang telah diekstrak menggunakan magnet permanen
dimasukkan ke dalam botol kaca yang mengandung 100 ml HCl pekat (metode ablasi kimia)
kemudian didiamkan selama 2x24 jam sampai menjadi larutan hitam pekat, selanjutnya disebut
sebagai prekursor magnetik nanopartikel.
Ambil sebanyak 10 ml prekursor magnetik nanopartikel dimasukkan ke dalam gelas kaca
berukuran 250 ml dan letakkan di atas hotplate yang bersuhu 80 oC aduk dengan menggunakan
magnetik stirrter. Sambil melakukan pengadukan tetesi prekursor secara perlahan dengan larutan
NaOH yang terkosentrasi 1M sampai mencapai pH 12 dan pastikan prekursor telah menjadi
endapan hitam.
Selanjutnya endapan tersebut dimasukkan ke dalam reaktor hidrotermal dan dilakukan
pemanasan 200 oC selama 2 jam. Setelah mendingin sampai pada suhu ruang, sampel
dikeluarkan dari reaktor dan dimasukkan kembali untuk dilakukan pencucian. Agar proses
pencucian lebih cepat, sampel dipisahkan dengan menggunakan magnet permanen. Pencucian
dilakukan secara berulang menggunakan air non mineral sampai mencapai pH 7. Selanjutnya
sampel dikeringkan di atas Hotplate bersuhu 100 oC sampai mengering sempurna.
11
Dan selanjutnya dilakukan interpretasi data. Data-data yang telah diperoleh dari setiap
tahapan selanjutnya dipublikasi.
12
BAB 4.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian yang semula dirancang sebagai biosensor tidak dapat diselesaikan
sebagaimana mestinya. Hal ini dikarenakan alat uji untuk biosensornya tidak dapat digunakan,
sehingga peneliti berinisiatif menerapkan magnetik nanopartikel hasil sintesa dari pasir besi alam
digunakan untuk sistem upteck atau tracking pada benih Kacang Hijau. Dimana untuk
pengembangan lebih lanjut penelitian ini dapat digunakan untuk sistem rekayasa genetika pada
benih tanaman.
4.1 Morfologi Magnetik nanopartikel
Hasil investigasi SEM terhadap magnetik nanopartikel telah memperlihatkan bentuk
struktur yang bervariasi atau tak homogen. Tapi sebagaimana yang diperlihatkan dalam Gambar.
1, tampak bahwa magnetik nanopartikel dalam bentuk batang. Hasil sintesa juga masih
memperlihatkan tingkat ketidakmurnian, hal ini sebagaimana diperlihatkan Cl dan C yang
merupakan sisa hasil dari reaksi hilang sempurnah setelah dilakukan pencucian, sebagaimana
yang diperlihatkan hasil pengukuran oleh EDX. Dimensi ukuran dari magnetik nanopartikel yang
diperoleh melalui pengukuran citra SEM yaitu berkisar pada 2μm.
Gambar 4.1 Visualisasi struktur morfologi dari magnetik nanopartikel menggunakan citra SEM
yang disintesa dari pasir besi alam
13
Ukuran tersebut memungkinkan magnetik nanopartikel masuk ke dalam sel yang dimiliki oleh
benih dari kacang hijau. Seperti yang telah diketahui bahwa ukuan sel atau jaringan dari benih
adalah berukuran mikro meter. Pernyataan ini juga didukung oleh adanya pengamatan secara
langsung ukuran sel atau jaringan dari benih kacang hijau menggunakan citra SEM sebagaimana
diperlihatkan dalam Gambar. 2. Dalam Gambar. 2 memperlihatkan bahwa ukuran sel cotyledon
(…) dari mung bean yaitu berkisar pada 50 μm. Tentu saja ukuran tersebut sangat
memungkinkan bagi magnetik nanopartikel dapat masuk ke dalam benih untuk di distribusikan
keseluruh sel.
Gambar 4. 2 Sel cotyledon pada benih Kacang Hijau menggunakan citra SEM 10 kV.
Analisis spektroskopi infra red pada magnetik nanopartikel dapat perlihatkan melalui ikatan
gugus fungsi pada bilangan gelombang yang diperoleh dalam bentuk puncak-puncak. Ikatan
gugus fungsi yang memperlihatkan khas aromatik dari magnetik nanopartikel (Fe-O) adalah pada
bilangan gelombang 698 cm-1
(Stoia at al. 2016). Sedangkan bilangan gelombang 864 (C-H
bend), 1406 (O-H bend) dan 1624 cm-1
(N-H bend) secara berturut-turut merupakan bentuk
ikatan dari gugus aromatik bending, carboxylic acids (-COOH) dan gugus amina. Semua bentuk
gugus ikat yang dihasilkan telah disesuaikan dengan daftar tabel chemistry.msu.edu dan
14
beberapa peneliti lainnya (...) Serapan gelombang yang lebar yaitu dari bilangan gelombang
3200-3500 cm-1
(O-H stretch) merupakan hasil dari alkohol/phenol atau unsur air.
Gambar 4.3 Sifat optik dari magnetik nanopartikel menggunakan spektroskopi FTIR, dimana
sifat magnetik diperlihatkan melalui ikatan logam Fe-O pada bilangan gelombang 698 cm-1
.
4.2 Analisi distribusi penyebaran magnetik nanopartikel pada benih kacang Hijau dan
kecambahnya
Sebagaimana telah dibahas dalam analisis morfologi dari magnetik nanopartikel, telah
memperlihatkan bahwa ukuran dari magnetik nanopartikel memungkinkan untuk terdistribusi ke
dalam sel atau jaringan dari benih dan kecambah kacang hijau. Hasil pengamatan melalui citra
SEM secara sempurna magnetik nanopartikel dapat masuk ke dalam benih, dimana pengambilan
titik pada benih ini dilakukan secara acak, meliputi benih, akar dan batang kecambah.
Hasil citra SEM pada benih secara nyata diperlihatkan dalam Gambar. 4. Dalam Gambar. 4
magnetik nanopartikel terdistribusi secara sempurna pada pada sel cotyledon yang berukuran
2μm sebagaimana telah diperlihatkan dalam Gambar. 2.
15
Gambar 4.4 Distribusi magnetik nanopartikel dalam sel cotyledon pada benih Kacang Hijau
Perkembangan benih setelah dilakukan perendaman dengan magnetik nanopartikel, kemudian
dibiarkan berkembang mendai kecambah. Analisis akar kecambah menggunakan citra SEM
secara visual dapat dilihat dalam Fig. 4.5. Dalam Fig. 4.5 diperlihatkan sebaran magnetik
nanopartikel pada jaringan akar (…). Sebaran tersebut ditunjukkan oleh warna putih terang yang
berlingkar kuning, yang ditonjolkan pada sisi kanan-bawah. Jaringan pada akar ini diperkuat oleh
adanya jaringan xylem yang berlingkar merah tampak irisan secara transversal (Hwang et. 2016).
Sedangkan posisi partikel pada irisan akar ini terletak pada pembuluh phloem yang tampak irisan
secara longitudingal, sebagaimana diperlihatkan pada pojok kanan bawah.
16
Gambar. 4.5 Sebaran magnetik nanopartikel pada akar kecambah kacang Hijau
Analisa sebaran magnetik nanopartikel selanjutnya menggunakan citra SEM yaitu pada
batang. Sebaran magnetik nanopartikel pada batang kecambah secara visual diperlihatkan dalam
Fig. 4.6
Gambar. 4.6 Sebaran magnetik nanopartikel pada batang kecambah dari Kacang Hijau
17
BAB 5.
SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
Penelitian yang semula dirancang sebagai biosensor tidak dapat diselesaikan
sebagaimana mestinya. Hal ini dikarenakan alat uji untuk biosensornya tidak dapat digunakan,
sehingga peneliti berinisiatif menerapkan magnetik nanopartikel hasil sintesa dari pasir besi alam
digunakan untuk sistem upteck atau tracking pada benih Kacang Hijau. Dimana untuk
pengembangan lebih lanjut penelitian ini dapat digunakan untuk sistem rekayasa genetic pada
benih tanaman.
Secara keseluruhan penerapan magnetik nanopartikel dalam sistem upteck atau tracking
pada benih dan kecambah dari Kacang Hijau telah berhasil dilakukan. Hal ini dapat diketahui
melalui distribusi partikel pada sel Cotyledon di benih, akar dan batang dikecambah.
5.2 Saran
Usahakan ukuran dari partikel hasil sintesa lebih homogan dengan ukuran 100 nm.
18
BAB 6.
LUARAN YANG DICAPAI
Untuk luaran sebagaimana yang dijanjikan dalam proposal penelitian pada penelitian
“Penerapan Fe3O4 nanopartikel yang disintesa dari pasir besi alam untuk aplikasi sistem
upteck pada Benih Vigna Radiata L. (Kacang Hijau)” masih dalam penyusunan draft
sebagaimana terdapat dalam Lampiran 1.
IDENTITAS JURNAL
1 Nama Jurnal 3 Biotech
2 Website Jurnal https://link.springer.com/journal/13205
3 Status Makalah Draft
4 Jenis Jurnal Jurnal International
4 Tanggal Submit -
5 Bukti Screenshot submit -
UCAPAN TERIMAKASIH
Program Penelitian Pengembangan Iptek (PPI), Bath ke-1 2018 dan ke 2 2019 ini dapat
terlaksana berkat bantuan dan arahan dari:
• Rektor UHAMKA sebagai penasehat secara utuh dalam penyelenggaran penelitian
internal ini
• Lembaga Penelitian dan Pengembangan (Lemlitbang) UHAMKA
• Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan UHAMKA
• Program Studi Pendidikan Fisika FKIP-UHAMKA
• Departemen Fisika IPB, selaku mitra peneliti dalam mensintesa nanopartikel
19
DAFTAR PUSTAKA
Baghayeri M., Zare E.N., Lakouraj M.M., (2014), Novel Superparamagnetic PFu@Fe3O4
conductive nanocomposite as asuitable host for hemoglobin immobilization , Sensors and
Actuators B, 202, 1200–1208.
Zhang W., Li X., Zou R., Wu H., Shi H., Yu S., & Liu Y., (2015), Multifunctional glucose
biosensors from Fe3O4 nanoparticles modified hitosan/graphene nanocomposites,
Scientific Reports5.
Barati A., Shamsipur M.,, Abdollahi H., (2015), Hemoglobin detectionusingcarbondotsasa
fluorescenceprobe, Biosensors andBioelectronics71, 470–475.
Sakuragi M., Taguchi K., and Kusakabe K., (2017), Structural and biological characterization of
Fe3O4-loaded spherical and tubular liposomes for use in drug delivery systems, Jpn. J.
Appl. Phys. 56,
Kenouche S., Larionova J., Bezzi N., Guari Y., Bertin N., Zanca M., Lartigue L., Cieslak M.,
Godin C., Morrot G., Goze-Bac C., (2014), NMR investigation of functionalized magnetic
nanoparticles Fe3O4 as T1–T2 contrast agents, Powder Technology, 255, 60–65
Erathodiyil N., and Ying J.Y., (2011), Functionalization of Inorganic Nanoparticles for
Bioimaging Applications,ACS,44, No. 10 , ’ 925–935
Du T., Zhao C., Rehman F., Lai L., Li X., Sun Y., Luo S., Jiang H., Selke M., and Wang X.,
(2017), Rapid and multimodal in vivo bioimaging of cancer cells through in situ
biosynthesis of Zn&Fe nanoclusters, NanoRes, DOI 10.1007/s12274-017-1465-y.
Zheng Y., Cheng Y., Wang Y., Bao F., Zhou L., Wei X., Zhang Y., and Zheng Q., (2006),
Quasicubic α-Fe2O3 Nanoparticles with Excellent Catalytic Performance, J. Phys.
Chem.,.B, 110, 3093-3097.
Kalantari K., Ahmad M.B., Shameli K., Khandanlou R., Size-controlled synthesis of Fe3O4
magnetite nanoparticles on the exterior of talc layers, Res Chem Intermed, DOI
10.1007/s11164-013-1336-4
Tajabadi M. and Khosroshahi M. E., (2012), Effect of Alkaline Media Concentration and
Modification of Temperature on Magnetite Synthesis Method Using FeSO4/NH4OH ,
International Journal of Chemical Engineering and Applications, Vol. 3, No. 3.
Islam A.K.M.M., and Mukherjee M., (2011), Effect of temperature in synthesis of silver
nanoparticles in triblock copolymer micellar solution, Journal of Experimental
NanoscienceVol. 6, No. 6.
Piñero S ., Camero S. and Blanco S., (2017), Silver nanoparticles: Influence of the temperature
synthesis on the particles’ morphology, IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf.
Series 786 (2017) 012020
Wu W., Xiao X. H., Zhang S. F., Peng T. C., Zhou J., Ren F., Jiang C.Z. (2010). Synthesis
andMagnetic Properties of Maghemite (c-Fe2O3) Short-Nanotubes, Nanoscale Res
Lett.5:1474–1479
Monachesi P., Bjorkman T., Gasche T., and Eriksson O., (2013), Electronic structure and
magnetic properties of Mn, Co, and Ni-substitution of Fe in Fe4N, cond-mat.mtrl-sci, 1.
Kuhn L.T., , Bojesen A., Timmermann L., Nielsen M. and Mørup S., 2002, Structural and
magnetic properties of core–shell iron–iron oxide nanoparticles, J. Phys.: Condens.
Matter 14, 13551–13567.
20
Itoh H. and Sugimoto T., (2003), Systematic control of size, shape, structure, and magnetic
properties of uniform magnetite and maghemite particles, Colloid and Interface Science
265, 283–295.
Pauling L. and Hendricks S.B., (1925). The Crystal Structures Of Hematite ’And
Corundum,Laboratory, California Institute Of Tbchnolongy.47.
Basavegowda N., Mishra K., and Lee Y.R., (2017). Synthesis, characterization, and catalytic
applications of hematite (α-Fe2O3) nanoparticles as reusable nanocatalyst, ,Adv. Nat.
Sci.: Nanosci. Nanotechnol. 8
Hund F., 1981, Inorganic Pigments : Bases for Colored, Uncolored, and Transparent Products,
Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 20, 723-730
Mirzaei A., Hashemi B., Janghorban K., (2015), a-Fe2O3 based nanomaterials as gas sensors, J
Mater Sci: Mater Electron.
Oda Y., Mizuno S., Torikai E., Hayakawa K., (1998), Surface Crystal Structure of Magnetite
(Fe3O4) (110), Jpn. J. Appl. Phys. 37, 4518-4521.
Wu W., Wu Z., Yu T., Jiang C., and Kim W-S., (2015), Recent progress on magnetic iron oxide
nanoparticles: synthesis, surface functionalstrategies and biomedical applications, Sci.
Technol. Adv. Mater. 16. METIKOŠ-HUKOVIĆ M., GRUBAĈ Z., and OMANOVIC S., (2013), Change of n-type to p-type
conductivity of the semiconductor passive film on N-steel: Enhancement of the pitting corrosion resistance,J. Serb. Chem. Soc. 78 (12) 2053–2067
Beltran-Huarac J.C, Singh S.P., Tomar M.S., Peña S., Rivera L., Perales-Perez O.J., (2010),
Synthesis of Fe3O4/ZnO Core-shell Nanoparticles for Photodynamic Therapy
Applications, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 1257
Sun Y., Chen Z-L., Yang X-X., Huang P., Zhou X-P., and Du X-X., (2009), Magnetic chitosan
nanoparticles as a drug delivery system for targeting photodynamic therapy ,
Nanotechnology, 20
Akbarzadeh A., Samiei M. and Davaran S., (2012), Magnetic nanoparticles: preparation,
physical properties, and applications in biomedicine, Nanoscale Research Letters, 7:144.
Wu S., Yu B., Wu Z., Fang S., Shi B., Yang J., 2018, Effect of particle size distribution on the
electrochemical performance of micro-sized silicon-based negative materials, RSC.Adv.,
8, 8544–8551
Hu P., Zhang S., Wang H., Pan D., Tian J., Tang Z., Volinsky A.A. (2011), Heat treatment
effects on Fe3O4 nanoparticles structure and magnetic properties prepared by
carbothermal reduction, Journal of Alloys and Compounds 509, 2316–2319
Shauo C-N., Chao C-G, Wu T.M., and Shy H.J., Magnetic and Optical Properties of Isolated
Magnetite Nanocrystals, Materials Transactions, 48, (5). 1143-1148
Tadic M., Panjan M., Damnjanovic V., Milosevic I., Magnetic properties of hematite (_-Fe2O3)
nanoparticles prepared byhydrothermal synthesis method., (2014), Applied Surface
Science320 183–187
Arifani M., Baqiya M.A., Darminto, (2012), Sintesis MultiferoikBiFeOBerbasisPasir
Besidengan Metode Sol Gel, Jurnal Sains dan Seni ITS Vol. 1, 11-14.
Bilalodin, Sunardi, dan Effendy M., (2013), Analisis Kandungan Senyawa Kimia dan Uji Sifat
Magnetik Pasir Besi Pantai Ambal, Jurnal Fisika Indonesia No: 50,Vol XVII.
Husain S., Suarso E., Maddu A., Sugianto, (2016), Karakterisasi Kandungan Bijih Besi Alam
Sebagai Bahan Baku Magnetit Nanopartikel, SIMPOSIUM FISIKA NASIONAL (SFN
XXIX),19-21
21
Rahmawatu R. dan Handayani N., (2013), Fabrikasi Ferrogel Berbahan Dasar Nanopartikel
Magnetit (Fe3o4) dari Hasil Sintesis Pasir Besi Pantai Utara Jawa dan Sifat Magneto
Elastisitasnya, Jurnal Neutrino Vol.5, No.2
Yulianto A. dan Aji M.P., (2010), Fabrikasi Mnzn-Ferit Dari Bah An Alam Pasir Besi Serta
Aplikasinya Untuk Core Induktor. Prosiding Pertemuan Ilmiah XXIV HFI Jateng & DIY,
128-133 Bukit N., Frida E., Simamora P., Sinaga T., (2015), Analisis Difraksi Nanopartikel Fe3O4 Metode
Kopresipitasi Dengan Polietilen Glikol 6000, Prosiding Seminar Nasional Fisika (E-Journal) unj, 4.
Lopez J.A., González F., Bonilla F.A., Zambrano G., Gómez M.E., (2010) Synthesis And
Characterization Of Fe3o4 Magnetic Nanofluid, Revista Latinoamericana de Metalurgia
y Materiales; 30 (1): 60-66
Tadesse A., RamaDevi D., Hagos M., Battu G., Basavaiah K., (2018), Facile Green Synthesis of
Fluorescent Carbon Quantum Dots from Citrus Lemon Juice for Live Cell Imaging,
Asian Journal of Nanoscience and Materials, 1(1), 36-46.
ZÁVIŠOVÁ V., TOMAŠOVICOVÁ N., KOVÁC J., KONERACKÁ M., KOPCANSKÝ P.,
VÁVRA I., (2010) Synthesis And Characterisation Of Rod-Like Magnetic Nanoparticles,
Olomouc, Czech Republic, EU, 12
Manikandan A., Vijaya J.J., Mary J.A., Kennedy L.J., Dinesh A., (2014) Structural, optical and
magnetic properties of Fe3O4 nanoparticles prepared by a facile microwave combustion
method, Journal of Industrial and Engineering Chemistry 20 2077–2085
Hushiarian R., Yusof N.A., Abdullah A.H., Ahmad S.A.A., and Dutse S.W., (2014) A Novel
DNA Nanosensor Based on CdSe/ZnS Quantum Dots and Synthesized Fe3O4 Magnetic
Nanoparticles, Molecules, 19, 4355-4368; doi:10.3390
Protesescu L., Yakunin S., Bodnarchuk MI., Krieg F., Caputo R., Hendon CH., Yang RX., Walsh
A., Kovalenko MV., (2015) Nanocrystals of Cesium Lead Halide Perovskites (CsPbX₃, X
= Cl, Br, and I): Novel Optoelectronic Materials Showing Bright Emission with Wide
Color Gamut. Nano Lett. 15(6):3692-6. doi: 10.1021/nl5048779
Zhou X., Wang Y., Peng Q. and Liu W., (2017), A Resumable Fluorescent Probe
BHNFe3O4@SiO2 Hybrid Nanostructure for Fe3+
and its Application in Bioimaging,
Nanoscale Research Letters.12:629. DOI 10.1186/s11671-017-2392-2
Yang J., Shen D., Wei Y., Zhao D., (2015), Monodisperse core-shell structured magnetic
mesoporous aluminosilicate nanospheres with large dendritic mesochannels., Nano
Research 8(8) DOI: 10.1007/s12274-015-0758-2
Nguyen X.S., Zhang G., and Yang X., (2017), Mesocrystalline Zn-Doped Fe3O4 Hollow
Submicrospheres:Formation Mechanism and Enhanced Photo-Fenton Catalytic
Performance, ACS Appl. Mater. Interfaces. DOI: 10.1021/acsami.6b16839
22
LAMIPIRAN-LAMPIRAN
23
Lampiran 1. Draft Artikel Publikasi
Studi Awal Pengembangan Magnetik nanopartikel sebagai Media Transfer Secara Genetika pada Benih Sel
Mung Bean (Vigna radiata L.) Menggunakan Metode Rendaman
Introduction of Magnetic Nanoparticles Study as Genetical Medium Transfer at Mung Bean (Vigna Radiata L.)
using Soak Method
Sugianto Arjo1
Department of Physics Education, Universitas Muhammadiyah Prof. Dr. HAMKA, Jakarta, Indonesia
Tel.: +6221-8400341
Fax: +6221-8411531
email : [email protected]
Orcid ID : 0000-0003-4346-510X
Mirza Nur Hidayat1
Department of Physics Education, Universitas Muhammadiyah Prof. Dr. HAMKA, Jakarta, Indonesia
email : [email protected]
Nyai Suminten1
Department of Physics Education, Universitas Muhammadiyah Prof. Dr. HAMKA, Jakarta, Indonesia
email : [email protected]
Akhiruddin Maddu2
Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Bogor Agricultural University, Bogor, Indonesia
Tel.: +62251-8625728
Fax: +62251-8625728
email : [email protected]
Sadang Husain3
Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Lambung Mangkurat University, Banjar Baru, Indonesia
Tel.: +62511 - 4773112
Fax: +62511 - 4773112
email : [email protected]
Abstrak
Telah dilakukan penelitian tentang pendistribusian magnetik nanopartikel ke dalam benih Vigna radiata L. dan
perkembangannya pada kecambah meliputi akar dan batang menggunakan metode rendaman. Adapun magnetik
nanoparikelnya merupakan hasil sintesa dari pasir besi alam menggunakan metode ablasi kimia, kopresipitasi dan
hidrotermal. Kebenaran tentang magnetik nanopartikel diperlihatkan melalui ikatan gugus fungsi pada bilangan
gelomabang 698 cm-1
. Penelitian ini dilakukan sebagai dasar untuk pengembangan lebih lanjut sebagai rekayasa
genetika. Hasil eksperimen telah memperlihatkan sebaran yang baik pada benih, sehingga seiring perkembangannya
juga magnetik nanopartikel dapat ditemukan pada bagian akar dan batang. Olehsebab itu penelitian ini
memungkinkan untuk dikembangkan lebih lanjut untuk mengontrol perkembangan tanaman dan rekayasa secara
genetik.
Kata kunci : Magnetik nanopartikel . rekayasa genetik . Mung Bean . Metode Rendaman
24
Intruduction
Nowadays, nanoscience and technology
development has experienced very rapid
development. Nanoparticles technology has been a
promising and very important role. Magnetic
nanoparticles is one of many nanomaterials had
been applying on same nanoscience discipline as
medical (Achilli et al. 2016; Shen et al. 2018),
biocensor (Kamanina et al. 2019; Zarai-Ghobadi et
al. 2018; Chena et al. 2017; Samphao et al. 2015).
Magnetic nanoparticles played too as genetical
transfer machanism agent and usually the particles to do conjugated with organic materials others
(Shen at al. 2018; Xing et al. 2014). In other
development magnetic nanoparticles can to play as
fine microwave absorber for military system (Shu
et al. 2018). Recalling of magnetic nanoparticles
role is very important in science and nanoscience
technology development, it is make into magnetic
nanoparticles as multy applications materials.
Pekembangan terkini dalam bidang pertanian
telah banyak menerapkan konsep dari material
oksida untuk berbagai keperluan diantaranya adalah
ZnO nanopartikel yang diinjeksi ke dalam benih
Vigna radiata and Gram Cicer arietinum dengan
menggunakan metode agar tanaman (Mahaja et al.
2011), penggunaan iron oxide nanoparticles and
ferric ions juga digunakan sebagai pengontrol
pertumbuhan dari Citrus Maxima (Hu et al. 2017). Zhao et al. 2017 telah melaporkan melalui hasil
penelitiannya tentang sistem transgenetik
menggunakan magnetik nanopartikel yang
dianggap lebih efisien. Pengembangan rekayasa
genetika yaitu didasarkan pada sifat kemagnetan
dari nanopartikel yang dikonjugasikan dengan
material bioaktif. Magnetik nanopartikel yaitu
berfungsi sebagai pembawa material yang
dikinjugasikan dalam hal ini adalah gen menuju
sasaran. Sifat kemagnetan yang kuat akan
mempercepat mekanisme transpor secara
mikrobiologi di dalam sel (Bojorge et al. 2018).
Konjugasi genetik yang dibawa oleh magnetik
nanopartikel dalam target atau sasaran selanjutnya
akan ditransfer ke seluruh jaringan. Secara teori
keaadaan seperti ini akan mempengaruhi secara
genetic. Mekanisme transfer yang baik akan mengubah secara genetika sesuai yang diharapkan
oleh peneliti. Sekali lagi proses ini sangat
ditentukan oleh konjugasi genetic yang digunakan
pada magnetik nanopartikel (Mickoleit and Schüler
. 2019). Penelitian ini akan mengaji mekanisme
transpor magnetik nanopartikel ke dalam sel dari
dari benih kacang hijau yang dianggap sebagai
studi awal untuk pengembangan lebih lanjut
sebagai sistem transgenetik menggunakan magnetik
nanopartikel.
Penggunaan magnetik nanopartikel dalam
penelitian ini yaitu didasarkan pada beberapa
penelitian yang telah dikembangkan sebelumnya.
Bahwa magnetik nanopartikel dapat digunakan
dalam sistem teknik gentik dan traking jaringan
pada sel batang (Adams et al. 2016) Penelitian ini
memfokuskan pada distribusi magnetik
nanopartikel pada benih kacang hijau sampai
pertumbuhannya menjadi kecambah.
Secara umum magnetik nanopartikel disintesa
menggunakan prekursor yang bersumber dari
garaman kimia komersil seperti FeSO4 (Khalil.
2015) dan FeCl (Abboud et al. 2015; Lassoued et
al. 2017). Akan tetapi dalam penelitian ini
prekursor magnetik nanopartikel diperoleh dari
pasir besi alam dari Indonesia. Adapun metode yang dikembangkan adalah secara bertahap yaitu
ablasi kimia, kopresipitasi dan hidrotermal.
Materials and methods
Sintesis magnetik nanopartikel
Sebanyak 2.0 gram dari pasir besi alam yang telah
diekstrak menggunakan magnet permanen
dimasukkan ke dalam botol kaca yang mengandung
100 ml HCl pekat (metode ablasi kimia) kemudian didiamkan selama 2x24 jam sampai menjadi larutan
hitam pekat, selanjutnya disebut sebagai prekursor
magnetik nanopartikel.
Ambil sebanyak 10 ml prekursor magnetik
nanopartikel dimasukkan ke dalam gelas kaca
berukuran 250 ml dan letakkan di atas hotplate
yang bersuhu 80 oC aduk dengan menggunakan
magnetik stirrter. Sambil melakukan pengadukan
tetesi prekursor secara perlahan dengan larutan
NaOH yang terkosentrasi 1M sampai mencapai pH
12 dan pastikan prekursor telah menjadi endapan
hitam.
Selanjutnya endapan tersebut dimasukkan ke
dalam reaktor hidrotermal dan dilakukan
pemanasan 200 oC selama 2 jam. Setelah
mendingin sampai pada suhu ruang, sampel
dikeluarkan dari reaktor dan dimasukkan kembali untuk dilakukan pencucian. Agar proses pencucian
lebih cepat, sampel dipisahkan dengan
menggunakan magnet permanen. Pencucian
dilakukan secara berulang menggunakan air non
mineral sampai mencapai pH 7. Selanjutnya sampel
dikeringkan di atas Hotplate bersuhu 100 oC sampai
mengering sempurna.
Subtitusi Magnetik Nanopartikel Ke Dalam
Benih Kacang Hijau
Sebanyak 0.1 gram bubuk magnetik nanopartikel
dimasukkan ke dalam 10 ml air non mineral.
Selanjutnya merendam benih kacang hijau ke
dalam larutan magnetik nanopartikel tesebut selama
60 menit. Setelah itu benih ditiriskan ke dalam
wadah yang lembab dan membiarkan benih sampai
tumbuh menjadi kecambah. Selanjutnya kecambah
25
dianalisis menggunakan scanning electron
microscope, SEM untuk melihat penyebaran
magnetik nanopartikel di dalam kecambah.
Results and discussion
Morfologi Magnetik nanopartikel
Hasil investigasi SEM terhadap magnetik
nanopartikel telah memperlihatkan bentuk struktur
yang bervariasi atau tak homogen. Tapi
sebagaimana yang diperlihatkan dalam Fig. 1,
tampak bahwa magnetik nanopartikel dalam bentuk
batang. Hasil sintesa juga masih memperlihatkan
tingkat ketidakmurnian, hal ini sebagaimana
diperlihatkan Cl dan C yang merupakan sisa hasil
dari reaksi hilang sempurnah setelah dilakukan
pencucian, sebagaimana yang diperlihatkan hasil
pengukuran oleh EDS. Dimensi ukuran dari
magnetik nanopartikel yang diperoleh melalui pengukuran citra SEM yaitu berkisar pada 2μm.
Fig.1 Visualisasi struktur morfologi dari magnetik
nanopartikel menggunakan citra SEM yang
disintesa dari pasir besi alam
Ukuran tersebut memungkinkan magnetik nanopartikel masuk ke dalam sel yang dimiliki oleh
benih dari kacang hijau. Seperti yang telah
diketahui bahwa ukuan sel atau jaringan dari benih
adalah berukuran mikro meter. Pernyataan ini juga
didukung oleh adanya pengamatan secara langsung
ukuran sel atau jaringan dari benih kacang hijau
menggunakan citra SEM sebagaimana
diperlihatkan dalam Fig. 2. Dalam Fig. 2
memperlihatkan ukuran sel cotyledon (Miano et al.
2016) dari mung bean yaitu berkisar pada 50 μm.
Tentu saja ukuran tersebut sangat memungkinkan
bagi magnetik nanopartikel dapat masuk ke dalam
benih untuk di distribusikan keseluruh sel.
Fig. 2 Visualisasi ukuran mikro sel cotyledon pada
benih kacang Hijau menggunakan citra SEM
Analisis spektroskopi infra red pada magnetik
nanopartikel dapat perlihatkan melalui ikatan gugus
fungsi pada bilangan gelombang yang diperoleh
dalam bentuk puncak-puncak. Ikatan gugus fungsi
yang memperlihatkan khas aromatik dari magnetik
nanopartikel (Fe-O) adalah pada bilangan gelombang 698 cm
-1 (Stoia at al. 2016). Sedangkan
bilangan gelombang 864 (C-H bend), 1406 (O-H
bend) dan 1624 cm-1
(N-H bend) secara berturut-
turut merupakan bentuk ikatan dari gugus aromatik
bending, carboxylic acids (-COOH) dan gugus
amina. Semua bentuk gugus ikat yang dihasilkan
telah disesuaikan dengan daftar tabel
chemistry.msu.edu dan beberapa peneliti lainnya
(...) Serapan gelombang yang lebar yaitu dari
bilangan gelombang 3200-3500 cm-1
(O-H stretch)
merupakan hasil dari alkohol/phenol atau unsur air.
Fig. 3 Sifat optik dari magnetik nanopartikel
menggunakan spektroskopi FTIR, dimana sifat magnetik diperlihatkan melalui ikatan logam Fe-O
pada bilangan gelombang 698 cm-1
.
Sifat magnetisasi dari hasil pengujian
memperlihatkan bentuk sifat dari bentuk
supermagnetik (Gholizadeh at al. 2017; Husain et
al. 2019). Hal ini didasarkan pada kuatnya medan
26
magnet atau loop hiterisis magnetisasi saturasi yang
dihasilkan yaitu 58 emu/g, sebagaimana
diperlihatkan pada sumbu-y. semakin tinggi
simpangan yang dihasilkan (dalam emu/g),
mengindikasikan kuatnya sifat kemagnetannya dan
berbanding terbalik dengan sumbu-x kuat
medanmagnet yang digunakan sebagai penguji
yang dinyatakan dengan (oe) semakin sempit
medan magnet yang digunakan. Kuat dan tidaknya
magnetisasi saturasi ini sangat dipengaruhi ukuran
dari partikelnya. Berdasarkan laporan hasil
penelitian (Liu et al. 2002 ; Zheng et al. 2006 ;
Singh et al. 2017), bahwa penuran nilai magnetik saturasi dipengaruhi oleh ukuran partikel. Kuat atau
tidaknya sifat magnetisasi ini sangat mempengaruhi
mekanisme dalam sistem transport intrasellular
(Bojorge et al. 2018). Adapun informasi perihal
kuat sifat magnetik dari material hasil sintesa secara
khusus diperlihatkan dalam Fig. 4
Berdasarkan informasi tentang sifat adsorpsi
dari magnetik nanopartikel terhadap sebuah
molekul atau DNA telah memperlihatkan terjadinya
interaksi secara elektrostatis dan hidrofobik,
interaksi dari keduanya tersebut sangat dipengaruhi
oleh permukaan magnetik nanopartikel (Ghaemi et
al. 2014).
Analisi distribusi penyebaran magnetik
nanopartikel pada benih kacang Hijau dan
kecambahnya
Sebagaimana telah dibahas dalam analisis
morfologi dari magnetik nanopartikel, telah
memperlihatkan bahwa ukuran dari magnetik
nanopartikel memungkinkan untuk terdistribusi ke
dalam sel atau jaringan dari benih dan kecambah
kacang hijau. Hasil pengamatan melalui citra SEM
secara sempurna magnetik nanopartikel dapat
masuk ke dalam benih, dimana pengambilan titik
pada benih ini dilakukan secara acak, meliputi
benih, akar dan batang kecambah.
Hasil citra SEM pada benih secara nyata
diperlihatkan dalam Fig. 5. Dalam Fig. 5 magnetik
nanopartikel terdistribusi secara sempurna pada
pada sel cotyledon yang berukuran 2μm
sebagaimana telah diperlihatkan dalam Fig. 2.
Fig. 5 Distribusi magnetik nanopartikel dalam sel cotyledon pada benih mung bean
Perkembangan benih setelah dilakukan
perendaman dengan magnetik nanopartikel,
kemudian dibiarkan berkembang mendai
kecambah. Analisis akar kecambah menggunakan
citra SEM secara visual dapat dilihat dalam Fig. 6.
Dalam Fig. 6 diperlihatkan sebaran magnetik
nanopartikel pada jaringan akar (…). Sebaran
tersebut ditunjukkan oleh warna putih terang yang
berlingkar kuning, yang ditonjolkan pada sisi
kanan-bawah. Jaringan pada akar ini diperkuat oleh
adanya jaringan xylem yang berlingkar merah
tampak irisan secara transversal (Hwang et. 2016).
Sedangkan posisi partikel pada irisan akar ini
terletak pada pembuluh phloem yang tampak irisan
secara longitudingal, sebagaimana diperlihatkan pada pojok kanan bawah.
Fig. 6 Visualisasi citra SEM sebaran magnetik
nanopartikel pada akar kecambah
Analisa sebaran magnetik nanopartikel
selanjutnya menggunakan citra SEM yaitu pada
27
batang. Sebaran magnetik nanopartikel pada batang
kecambah secara visual diperlihatkan dalam Fig. 7
Fig.7 Visualisasi citra SEM sebaran magnetik
nanopartikel pada batang kecambah Mung Bean
Gambar 7 tampak melintang dari magnetik
nanopartikel yang terletak pada jaringan
Acknowledgements This study was funded by
internal grants from Muhammadiyah Prof. DR.
Hamka University. As for the involvement of
outside institute, is to contribute to leasing services.
Referensi
Abboud M, Youssef S, Podlecki J, Habchi R,
Germanos G, Foucaran A, (2015)
Superparamagnetic Fe3O4nanoparticles,
synthesisand surface modification. Materials
Science in Semiconductor Processing 39 : 641–648.
DOI: org/10.1016/j.mssp.2015.05.035
Achilli C, Grandi S, Guidetti GF, Ciana A, Tomasi
C, Capsonib D and Minetti G, (2016)
Fe3O4@SiO2 core–shell nanoparticles for
biomedical purposes: adverse effects on blood
cells. Biomater. Sci 4(10) : 1417-1421; DOI:
10.1039/c6bm00374e
Adams C, Israel LL, Ostrovsky S, Taylor A,
Poptani H, Lellouche JP, Chari D, (2016)
Development of Multifunctional Magnetic
Nanoparticles for Genetic Engineering and
Tracking of Neural Stem Cells. Adv Healthc
Mater 5(7): 841-849. DOI:
10.1002/adhm.201500885
Bojorge ALU, Casanova-Carvajal O, Félix-
González N, Fernández L, Madurga R,
Sánchez-Cabezas S, Serrano-Olmedo JJ, (2018).
Influence of medium viscosity and intracellular
environment on the magnetization of
superparamagnetic nanoparticles in silk fibroin
solutions and 3T3 mouse fibroblast cell
cultures. Nanotechnology, 29(38), 385705.
doi:10.1088/1361-6528/aacf4a
Chena Y-C, Hsu J-H, Chen Z-B, Lin Y-G, Hsu Y-
K, (2017) Fabrication of Fe3O4 nanotube arrays
for high-performance non-enzymatic detection
of glucose. Journal of Electroanalytical
Chemistry 788: 144-149.
doi.org/10.1016/j.jelechem.2017.02.007
Ghaemi M, Absalan G, (2014) Study on the
adsorption of DNA on Fe3O4 nanoparticles and
on ionic liquid-modified Fe3O4 nanoparticles.
Microchim Acta 181:45–53. DOI
10.1007/s00604-013-1040-5 Gholizadeh A, (2017) A comparative study of
physical properties in Fe3O4 nanoparticles
prepared by coprecipitation and citrate methods.
J Am Ceram Soc. ;1–12. DOI:
10.1111/jace.1489
Hu J, Guo H, Li J, Gan Q, Wang Y, Xing B, (2017)
Comparative impacts of iron oxide
nanoparticles and ferric ions on the growth of
Citrus Maxima. Environmental Pollution
221:199-208.
http://dx.doi.org/10.1016/j.envpol.2016.11.064
Husain S, Irfansyah M, Haryanti N H, Suryajaya S,
Arjo S, Maddu A, (2019) Synthesis and
characterization of Fe3O4 magnetic
nanoparticles from iron ore. Journal of Physics:
Conf. Series 1242 ; 012021 DOI:10.1088/1742-
6596/1242/1/012021 Hwang BG, Ryu J, and Lee SJ, (2016)
Vulnerability of Protoxylem and Metaxylem
Vessels to Embolisms and Radial Refilling in a
Vascular Bundle of Maize Leaves. Front. Plant
Sci. 7 : 941.
DOI: 10.3389/fpls.2016.00941
Kamanina OA, Kamanin SS, Kharkova AS,
Arlyapov VA, (2019) Glucose biosensor based
on screen‑printed electrode modified
with silicone sol–gel conducting matrix
containing carbon nanotubes. 3 Biotech 9(7). doi:10.1007/s13205-019-1818-1
Khalil MI, (2015) Co-precipitation in aqueous
solution synthesis of magnetite nanoparticles
usingiron (III) salts as precursors. Arabian
Journal of Chemistry 8(2) : 279-284.
DOI:10.1016/j.arabjc.2015.02.008
Lassoued A, Dkhil B, Gadri A, Ammar S, (2017)
Control of the shape and size of iron oxide (α-
Fe2O3) nanoparticlessynthesized through the
chemical precipitation method. Results in
Physics 7 :3007–3015.
doi.org/10.1016/j.rinp.2017.07.066
Liu ZL, Liu YJ, Yao KL, Ding ZA, Tao J, Wang X,
(2002) Synthesis and magnetic Properties of
Fe3O4 Nanoparticles. Journal of Materials
Synthesis and Processing 10(2) 83-87
https://doi.org/10.1007/s13205-019-1818-1
28
Mahajan P, Dhoke SK, and Khanna AS, (2011)
Effectof Nano-ZnO Particle Suspension on
Growth of Mung (Vignaradiata) and Gram
(Cicer arietinum) Seedlings Using Plant Agar
Method. Journal of Nanotechnology : 1-7.
DOI:10.1155/2011/696535
Miano AC, Pereira JDC, Castanha N, Matta Júnior
MDD and Augusto PED, (2016) Enhancing
mung bean hydration using the ultrasound
technology: description of mechanisms and
impact on its germination and main
components. SCIENTIFIC RepoRts 6(1) : 1-14;
DOI : 10.1038/srep38996 Mickoleit F and Schüler D, (2019) Generation of
nanomagnetic biocomposites by genetic
engineeringof bacterial magnetosomes.
Bioinspired, Biomimetic and Nanobiomaterials,
1-13. https://doi.org/10.1680/jbibn.18.00005
Samphao A, Kunpatee K, Prayoonpokarach S,
Wittayakun J, Ṧvorc L, Stankovic DM, Zagar K,
Ceh M,and Kalcher K, (2015) An Ethanol
Biosensor Based on Simple Immobilization of
Alcohol Dehydrogenase on
Fe3O4@AuNanoparticles. Electroanalysis 27:
2829–2837.
DOI:10.1002/elan.201500315
Shen L, Li B, and Qiao Y, (2018) Fe3O4
Nanoparticles in Targeted Drug/Gene Delivery
Systems. Materials 11, 324;
doi:10.3390/ma11020324 Shu R, Zhang G, Zhang J, Wang X, Wang M, Gan
Y, She J, He J, (2018) Fabrication of graphen
oxide / multi-walled carbon nanotubes / Zinc
Ferrite Hybrid composites as high-peformance
microwaves absorber. Journal of alloy and
compounds 738:1-11.
DOI.org/10.1016/j.jallcom.2017.11.084 Stoia M, Istratie R, Pa curariu C, (2016)
Investigation of magnetite nanoparticles
stability in air by thermalanalysis and FTIR
spectroscopy. J Therm Anal Calorim 125 (3) :
1185-1198; DOI : 10.1007/s10973-016-5393-y
Xing R, Liu G, Zhu J, Hou Y, Chen X, (2014)
Functional magnetic nanoparticles for non-viral
gene delivery and MR imaging. Pharm. Res.
31(6): 1377–1389; doi:10.1007/s11095-013-
1205-2 Zarei-Ghobadi M, Mozhgani SH, Dashtestani F,
Yadegari A, Hakimian F, Norouzi M, and
Ghourchian H, (2018) A genosensor for
detection of HTLV-I based on
photoluminescence quenching of fluorescent
carbon dots in presence of iron magnetic
nanoparticlecapped Au. SCIenTIfIC REPORTs
8(1). DOI:10.1038/s41598-018-32756-w Zhao X, Meng Z, Wang Y, Chen W, Sun C, Cui B,
Cui J, Yu M, Zeng Z, Guo S, Luo D, Cheng JQ,
Zhang R, and Cui H, (2017) Pollen
magnetofection for genetic modification with magnetic nanoparticles as gene carriers. NatuRe
PLaNtS 3 : 956–964.
https://doi.org/10.1038/s41477-017-0063-z
Zheng YH, Cheng Y, Bao F, Wang YS, (2006)
Synthesis and magnetic Properties of Fe3O4
Nanoparticles. Materials Research Bulletin 41
525-529 https://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/VirtTxt
Jml/Spectrpy/InfraRed/irspec1.htm
29
Lampiran 2. Biodata Ketua dan Anggota Peneliti
3.1 Ketua Peneliti
30
31
3.1 Anggota Peneliti
Identitas Anggota
1 Nama Lengkap (dengan
gelar)
Mirzanur Hidayat, S.Si., M.Si.
2 Jenis Kelamin Laki-laki
3 Jabatan Fungsional Tenaga Pengajar
4 NIP/NIK atau identitas
lainnya
-
5 NIDN 0423068204
6. Tempat dan Tanggal Lahir Pati, 23 Juni 1982
7 E-mail [email protected]
8 HP 085714069911
9 Alamat Kantor Jl. Tanah Merdeka Psr. Rebo Jakarta
Timur
10 Nomor Telp. / Faks (021) 8400341, 8403683./(021) 8411531
11 Lulusan yang telah dihasilkan S-1= - org, S-2= - org, S-3= - org
12 Matakuliah yang diampuh
1. Pemograman computer
2. TIK dalam pembelajaran Fisika
3. Praktikum Elektronika
4. Praktikum Fisika Komputasi
5. Fisika Zat Padat
6. Fisika Statistik
7. Media dalam BK
8. Ilmu Pengetahuan Bumi dan Antariksa
A. Riwayat Pendidikan
S-1 S-2
Nama Perguruan
Tinggi
Universitas Gajah Mada Universitas Indonesia
Bidang Ilmu Fisika Ilmu Fisika
Tahun Masuk-Lulus 2000-2005 2008-2011
Judul Skripsi/Tesis Studi Karakteristik Fisis
Perairan Teluk Hurun
dengan Metode Mooring
dan Profiling
Pengembangan Counter
Electrode Berbasis Carbon
nanotube dengan Metode
Spray-Coating untuk
Aplikasi Sel Surya Dye-
Sensitized
Nama Pembimbing R. Wagini, M.S. (UGM)
Agung Riyadi, M.S.
(BPPT)
Prof. Dr. BEF da Silva,
M.Sc., DEA (UI)
Goib Wiranto, BSEE,
Ph.D. (LIPI)
B. Pengalaman Penelitian Dalam 5 Tahun Terakhir
32
No
Tahun
Judul Penelitian
Pendanaan
Sumber* Jumlah
(Rp)
1 2014 Scilab dan Arduino untuk Sistem Akuisisi
Data
2 2011 Pengembangan Counter Electrode
Berbasis Carbon Nanotube dengan Metode
Spray-Coating untuk Aplikasi Sel Surya
Dye-Sensitized
LIPI
C. Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat dalam 5 Tahun Terakhir
No
Tahun
Judul Pengabdian Kepada Masyarakat
Pendanaan
Sumber* Jumlah
(Rp )
1 2015 Workshop TeX/LaTeX untuk Publikasi
Saintifik
LPPM
2
D. Publikasi Artikel Ilmiah Dalam Jurnal dalam 5 Tahun Terakhir
No
Tahun
Judul Penelitian
Pendanaan
Sumber* Jumlah
(Rp )
1 2015 "Simulasi Aljabar Bra-ket dengan Scilab"
Jurnal Omega Vol 1 No 1 (2015)
http://omega.uhamka.ac.id
2 2015 "Fabrication of dye sensitized solar cells
with spray coated carbon nano tube (CNT)
based counter electrodes"
Energy Procedia 68 (2015) 37-44
www.sciencedirect.com
LIPI
E. Pemakalah Seminar Ilmiah (Oral Presentation) dalam 5 Tahun Terakhir
No Nama Pertemuan Ilmiah /
Seminar
Judul Artikel Ilmiah Waktu dan
Tempat
1 2nd International
Conference on Sustainable
Energy Engineering and
Application, ICSEEA 2014
Fabrication of dye sensitized
solar cells with spray coated
carbon nano tube (CNT)
based counter electrodes
Bandung,
14-15 Oktober
2014
2 Seminar Nasional Jurusan
Fisika FMIPA UM 2015
Eksperimen Akuisisi Data
Sederhana untuk
Pembelajaran Fisika
Malang,
29 Agustus
2015
F. Karya Buku dalam 5 Tahun Terakhir
No Judul Buku Tahun Jumlah Penerbit
33
Halaman
1 Scilab untuk Pemula Tingkat Dasar
http://mirza.dafturn.org/book/book1.htm
2014 24 Free
ebook
2 Scilab untuk Elektronika dan
Instrumentasi Dasar
http://mirza.dafturn.org/book/book2.htm
2014 21 Free
ebook
3 Fisika Komputasi dengan C++ dan
gnuplot
http://mirza.dafturn.org/book/book3.htm
2015 57 Free
ebook
4 Fisika Komputasi dengan Fortran 95 dan
gnuplot
http://mirza.dafturn.org/book/book4.htm
2015 55 Free
ebook
Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan
dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari
ternyata dijumpai ketidak-sesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima
sanksi.
Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah satu
persyaratan dalam pengajuan Penugasan Penelitian Dasar Unggulan Perguruan
Tinggi (PDUPT)
Jakarta, 20 - 02 – 2019
Anggota Pengusul
(Mirzanul Hidayat, S.Si., M.Si.)