Hasil Pencarian  ::  Simpan CSV :: Kembali

"Mikrokantilever merupakan divais berbasis Microelectromechanical Systems (MEMS) untuk mendeteksi zat atau partikel yang bermassa sangat kecil, seperti virus, bakteri, glukosa dan lain-lain. Sensor berbasis mikrokantilever telah menarik minat peneliti saat ini untuk mengembangkan aplikasinya dalam bidang kedokteran, biologi, kimia, dan lingkungan. Pada riset ini dilakukan desain, membuat model mikrokantilever dengan persamaan matematis, dan mensimulasikan model untuk menghitung nilai sensitivitas sensor. Dari hasil simulasi akan dibahas sensitivitas sensor, frekuansi resonansi serta dimensi mikrokantilever sehingga dapat digunakan sebagai biosensor yang mampu mengukur keberadaan virus (pada tesis ini mengambil kasus virus Dengue). Telah dibuat 3 buah model mikrokantilever yaitu bentuk I, bentuk T dan bentuk V untuk selanjutnya dianalisis sensitivitas dan frekuensi resonansinya. Untuk dapat berfungsi sebagai biosensor, pengaruh pelapisan fungsionalisasi juga dimasukkan dalam perhitungan sensitivitas mikrokantilever. Pelapisan fungsionalisasi yang diperhitungkan meliputi lapisan emas dan antibodi virus Dengue. Dari ketiga pemodelan ini tampak bahwa model yang paling sensitif adalah mikrokantilever bentuk T kemudian bentuk V (dengan lebar kaki w sama) dan terakhir bentuk I. Pemberian lapisan fungsionalisasi dapat menurunkan sensitivitas sensor. Penambahan lapisan piezoresistor setebal 0,1 mm, emas setebal 30 nm dan lapisan antibodi setebal 0,1 mm pada mikrokantilever dengan ukuran panjang 14,1 mm, lebar 4,7 mm dan tebal 200 nm, dapat mengubah nilai sensitivitas mikrokantilever dari 31,2 attogram/Hz menjadi 84 attogram/Hz. Agar dapat mendeteksi virus tunggal Dengue, maka mikrokantilever perlu dirancang dengan ukuran panjang 11,1 mm, lebar 3,7 mm, ketebalan 200 nm, dan pelapisan emas setebal 30 nm. Sensitivitas mikrokantilever yang didapat adalah 32,4 attogram/Hz dengan frekuensi resonansi pada kisaran 790 kHz. Diharapkan dengan desain biosensor berbasis mikrokantilever dapat dijadikan acuan dalam pembuatan sensor pendeteksi virus demam berdarah Dengue secara akurat.

---

Microcantilever is a Microelectromechanical Systems (MEMS) based device which is able to detect substances or particles having a very small mass. Microcantilever-based sensors have attracted researchers today to develop applications in medicine, biology, chemistry, and environment.

On this research will design, generate model of microcantilever with mathematical equations, and then simulate the model to calculate the sensitivity of microcantilever. From the simulation results will be discussed sensitivity, resonant frequency and dimensions of microcantilever which is can be used as a biosensor that can measure the presence of a single virus (in this thesis use case of single Dengue virus). Created three pieces of microcantilever models consist of the I-shaped, T-shaped and V-shaped microcantilever. The models were analyzed for the sensitivity and resonant frequency. To be able to function as a biosensor, the effect of functionalization layer is considered in the calculation of microcantilever sensitivity.

Functionalization layer includes a gold and a dengue virus antibodies layer and also piezoresistive layer as transducer. From this modeling, it appears that the most sensitive model is T-shaped and then V-shaped (with the same feet length of w) and I-shaped microcantilever. Functionalization layer can reduce the sensitivity of the sensor. Addition of 0.1mm-thick of piezoresistive layer, 30 nm-thick gold layer and 0.1mm-thick of antibodies layer, can shift the microcantilever sensitivity value from 31.2 attogram/Hz to 84 attogram/Hz. To be able to detect a single Dengue virus, microcantilever shall be designed by 11,1 mm in length, 3,7 mm in width, 200m in thickness, and completed with 30 nm thick of gold coating. Microcantilever sensitivity obtained was 32.4 attogram/Hz with the resonance frequencies in the range of 790 kHz.

It is expected that with the design of microcantilever-based biosensor can be used as a reference in the fabrication of an accurate Dengue virus-detection sensor."

"Mikrokantilever (MC) telah banyak dipelajari untuk aplikasi sensor gas karena respon yang cepat, sensitivitas tinggi dan dapat dioperasikan pada suhu kamar. Agar dapat mendeteksi molekul gas karbon monoksida (CO) secara selektif, Al-doped ZnO nanorod (AZNR) dilapiskan pada permukaan MC (AZNMC). Pada disertasi ini, respon mikrokantilever yang dilapisi oleh ZnO nanorod terdoping Al terhadap gas CO diinvestigasi melalui perubahan frekuensi resonansi AZNMC. Selain itu, efek uap air terhadap adsorpsi CO dan sensitivitas sensor juga dipelajari. Pada penumbuhan ZnO nanorod, seed (benih) ZnO dilapiskan pada permukaan mikrokantilever dengan teknik pelapisan dip-coating dan RF sputtering, lalu ZnO rod ditumbuhkan dengan teknik hidrotermal. Dengan menggunakan teknik dip-coating, ZnO rod tumbuh dengan kerapatan sangat rendah (sekitar 16 rod/ mm²) di permukaan MC. Di sisi lain, dengan teknik RF sputtering, ZnO nanorod tumbuh secara vertikal dengan kerapatan tinggi (sekitar 333 rod/ mm²) di permukaan MC pada kondisi pertumbuhan hidrotermal 60 °C selama 2 jam. Pada percobaan awal uji efek gas, ZnO mikrorod (ZMR) dilapiskan pada MC (ZMRMC) untuk mempelajari respon terhadap CO pada udara lembab. Pengukuran frekuensi resonansi ZMRMC ketika diberikan gas CO dilakukan dalam dua kondisi, yaitu, dengan air flushing (kaya uap air) dan tanpa air flushing (lebih sedikit uap air) yang memompa udara ke dalam chamber eksperimen. Hasil penelitian menunjukkan bahwa terdapat perbedaan pergeseran frekuensi resonansi ZMRMC pada dua kondisi tersebut. Pada kondisi dengan air flushing, frekuensi resonansi menurun dan pada kondisi tanpa air flushing, frekuensi resonansi meningkat dengan adanya paparan gas CO. Sensitivitas didapatkan sekitar 9 fg/Hz. Selanjutnya, sebuah model berbasis kombinasi molekul air-CO diusulkan untuk menjelaskan hasil ini.Untuk meningkatkan respon terhadap gas CO, aluminium (Al) atom di-doping pada ZnO nanorods dengan metode sputtering. Hasilnya, deteksi CO dengan AZNMC pada suhu kamar telah sukses dilakukan untuk pertama kali dengan peningkatan sensitivitas sekitar 7 fg/Hz. Meskipun AZNMC juga dapat mendeteksi gas senyawa karbon lainnya, seperti CO₂ dan CH₄. Sensitivitas tertinggi didapatkan untuk gas CO. Adanya atom doping Al pada ZnO mungkin menjadi penyebab interaksi yang kuat antara ZnO nanorods dan CO, sehingga sensitivitas terhadap CO meningkat.Karena deteksi gas dengan menggunakan oksida logam dipengaruhi oleh kelembaban dalam kondisi ambien, maka efek uap air terhadap deteksi CO dan sensitivitas sensor dipelajari pada berbagai kondisi kelembaban relatif. Diketahui bahwa energi adsorpsi memainkan peran yang sangat penting pada adsorpsi CO, sehingga menyebabkan peningkatan sensitivitas sensor. Selain itu, model untuk deteksi CO pada permukaan AZNR juga diusulkan untuk menjelaskan fenomena adsorbsi CO. Pada observasi Signal-to-noise ratio (SNR), didapatkan puncak sinyal dengan intensitas yang sangat tinggi dengan SNR~10³ yang menunjukkan sinyal yang sangat bagus dan dapat dipercaya.Hasil riset ini mengindikasikan bahwa mikrokantilever yang dilapisi ZnO nanorod terdoping Al memiliki kontribusi di masa depan untuk pengembangan detektor CO yang sangat sensitif dengan respon cepat dan dapat beroperasi suhu kamar.

---

A microcantilever (MC) is a promising tool for gas sensors due to its rapid response, high sensitivity and operation at room temperature. For sensor application, a sensitive layer is generally coated to effectively detect a target molecule. To selectively detect carbon monoxide (CO) detection, Al-doped ZnO nanorod (AZNR) was coated on the MC surface (AZNMC). In this research, response of the AZNMC toward the gas was investigated by its resonant frequency shift. Moreover, effect of water vapor to CO adsorption and sensor sensitivity was studied.

In the Zinc Oxide (ZNR) growth process, a seed layer was grown by hydrothermal method with dip-coating and RF sputtering coating technique. For the dipped seed layer, micro-sized rods with very low density (around 16 rod/ mm²) grew on the MC surface. On the other hand, vertically-alligned ZnO nanorods with high density (around 333 rod/ mm²) grew on the MC surface for the sputtered-seed layer at the growth condition of 60 °C for 2 hours.

At initial performance test of gas effect, ZnO microrod (ZMR) was coated on the MC surface (ZMRMC) to study the MC response due to CO insertion in humid air. The measurement of resonant frequency of ZMRMC vibrations due to the CO gas was carried out in two conditions, that is, gas flow with (rich water vapor) and without (poor water vapor) air pumping into an experiment chamber. The results showed that the tendency for resonant frequency shift of ZMRMC due to CO in rich and poor water vapor conditions was different. At the first condition with air pumping, the resonant frequency decreased and at the second condition, the resonant frequency increased to CO exposures. The sensor sensitivity was about 9 fg/Hz. A water molecule-CO combination-based model was proposed to explain those results.

To increase the response toward CO, aluminium (Al) atom was doped on the ZnO nanorods (AZNR) by sputtering method. We firstly succeeded to detect CO by using AZNMC at room temperature. A remarkable improvement of the CO gas sensing response of around 7 fg/Hz was observed. The MC with AZNR also detected other carbon compound gases, i.e., CO₂ and CH₄ gases. However, the highest sensitivity was observed for CO gas compared to CO₂ and CH₄ gases. The presence of Al atoms in ZnO is likely to be responsible for strong interaction between CO and Al-doped ZnO nanorods, enhancing the sensitivity to CO.

Since the gas detection using a metal oxide was found to be influenced by humidity in the ambient condition. In this work, the effect of water vapor on CO detection and sensor sensitivity was investigated at varied relative humidity conditions. It was found that the surface energy plays a very important role on CO adsorption and causes the increase of sensor sensitivity. A model for CO detection through the AZNRs surface has been proposed to explain the CO adsorbing phenomenon. In Signal-to-noise ratio (SNR) observation, the very high intensity signal peaks with SNR of the order of 10³ indicated that the signal was excellent and trusted.

These findings may contribute to future developments of highly sensitive toxic-CO-gas detectors with a fast response and room temperature operations without a device heating."

"Perkembangan teknologi sensor terus meningkat pesat seiring dengan kebutuhan aplikasinya. Salah satunya adalah sensor berbasis MEMS seperti mikrokantilever, yaitu sensor yang menggunakan pendeteksi perubahan sifat mekanis sebagai transducer. Penelitian terhadap penggunaan sensor mikrokantilever relatif luas seperti di bidang kimia, fisika, biologi, lingkungan, dan kedokteran. Terdapat dua metode pengukuran deteksi objek pada sensor mikrokantilever, yaitu mode statis yang mengukur langsung defleksi yang terjadi, dan ada pula mode dinamis yang mengukur pergeseran frekuensi resonansi karena deteksi objek tertentu. Pada mode dinamis, proses menentukan frekuensi resonansi dilakukan dengan cara mengatur function generator secara manual dan mengamati pergeseran frekuensi resonansi dengan menggunakan Oscilloscope. Tujuan riset ini adalah untuk membuat sistem yang mampu secara otomatis menggeser frekuensi yang diberikan ke mikrokantilever dan mempermudah pengambilan data sehingga data dapat langsung terkomputerisasi. Sistem antarmuka menggunakan mikrokontroller Arduino Uno yang digunakan sebagai Digital to Analog Converter (DAC) sekaligus menjadi Analog to Digital Converter (ADC). Sebagai DAC, mikrokontroller akan memberikan tegangan PWM yang dikonversi menjadi tegangan analog dan dihubungkan dengan rangkaian Voltage Control Oscillator (VCO) sehingga mampu menggetarkan mikrokantilever. Sebagai ADC, Arduino akan mengolah data hasil konversi frekuensi yang dilakukan oleh IC LM2907 dan hasil konversi amplitudo yang dilakukan oleh rangkaian dengan prinsip penyearah. Nilai tegangan hasil konversi tersebut akan menjadi nilai masukan pada pin input analog Arduino Uno. Untuk tampilan grafik digunakan perangkat lunak Processing dan Labview. Sistem ini telah diujicobakan untuk pendeteksian gas, yang hasilnya dapat mendeteksi perubahan frekuensi resonansi secara otomatis serta mampu menampilkan data secara realtime. Perbandingan data dengan metode manual menunjukkan bahwa sistem yang dikembangkan telah bekerja dengan normal.

---

The development of sensor technology increases rapidly in line with the needs of the application. One is a mechanical sensor such as microcantilever sensor, which uses change in its mechanical properties as a transducer. Research in the use of microcantilever sensors is relatively broad in fields such as chemistry, physics, biology, environment and medicine. There are two methods of measuring object detection, i.e., static mode which measures the deflection that occurs immediately, and dynamic mode which measures the shift in the resonance frequency due to the detection of a specific object. So far, resonance frequency shift is generally monitored by using the oscilloscope and function generator manually. The purpose of this research is to design a system which is capable to sweep the frequency given to microcantilever automatically and also facilitate the retrieval of data in digital form, so that the data can be directly computerized. In this research the system interface uses an Arduino microcontroller. The microcontroller is used as a Digital to Analog Converter (DAC) as well as a Analog to Digital Conveter (ADC). The DAC function is used to sweep the frequency automatically. The PWM output from Microcontroller is connected to a Voltage Control Oscillator (VCO) which will oscillate the microcantilever. In the other hand, the ADC function is used to read sensor output. The principle, the value of the frequency of an electronic circuit sensor system is converted into a voltage value using the IC LM2907, while the amplitude value will be converted using an Amplitude to Voltage Converter circuit. These voltage values become the value entered in the analog pin Arduino Uno. In programming, the voltage value is converted into a frequency and amplitude value. To display the data in graphical form, we use software named Processing and Labview. The system has been tested for gas detection. The result shows that the system successfully detect resonance frequency shift automatically and display the data in realtime. The data comparison with manual method also suggest that the system works normally."

"ABSTRAKSensor berbasis mikrokantilever telah menarik perhatian dalam dekade terakhir sebagai sensor bersensitivitas tinggi yang berpotensi untuk diterapkan dalam bidang kimia, biologi, fisika, kedokteran, dan lingkungan. Komponen penting bagi sensor adalah sensitivitas dan selektivitas. Sensitivitas sensor mikrokantilever umumnya ditentukan oleh desain geometri, sedangkan selektivitas ditentukan oleh lapisan sensitif yang spesifik. Pada riset ini dilakukan simulasi dan pengukuran mikrokantilever terhadap objek gas LPG.Pada mode statis, hasil pengukuran menunjukkan bahwa output sensor (Vout) sangat sensitif terhadap aliran gas. Meski mikrokantilever yang digunakan tanpa lapisan sensitif, nilai Vout berubah karena gas. Respon mikrokantilever ini kemungkinan disebabkan adanya adsorpsi molekul gas pada permukaan mikrokantilever. Nilai defleksi akibat adanya gas yang teradsorpsi di permukaan mikrokantilever dapat dihitung. Selain hasil tersebut terdapat kurva non linear hubungan antara tegangan output (terbentuk puncak defleksi) dan waktu gas alir yang dapat diterangkan dengan model defleksi pada struktur mikrokantilever berlapis ganda (double layer). Kemungkinan mekanisme kedua dari respon mikrokantilever adalah karena perubahan densitas dan viskositas gas dalam box eksperimen. Ini diprediksi dari menurunnya puncak defleksi maksimum saat viskositas dan densitas gas di dalam box tersebut yang meningkat.Pada mode dinamis, tegangan peak-to-peak (Vpp) vibrasi mikrokantilever menurun dengan cepat terhadap aliran gas. Analisis berbasis massa gas yang teradsopsi menunjukkan bahwa pergeseran frekuensi resonansi sebesar 57,14 kHz ditimbulkan karena adanya massa yang menempel pada permukaan mikrokantilever sebesar 16,5 ng. Sedangkan mekanisme kedua karena perubahan densitas dan viskositas gas menunjukkan bahwa pergeseran frekuensi resonansi disebabkan karena pergeseran nilai densitas sebesar 22,38 Kg/m3 dan perubahan viskositas sebesar 0,058 cP.Hasil riset ini menjelaskan respon mikrokantilever piezoresistif tanpa lapisan sensitif terhadap gas pada mode operasi statis dan dinamis. Perubahan sinyal output pada mikrokantilever dijelaskan dalam dua model, yaitu respon karena massa yang teradsorpsi dan respon karena perubahan viskositas fluida.

---

ABSTRACTMicrocantilever-based sensor has attracted the attention as a high sensitivity sensor which is potential to be applied in the fields of chemistry, biology, physics, medicine, and environment. Two important factors for a sensor are sensitivity and selectivity. Generally, sensitivity is determined by sensor geometry while selectivity is determined by a sensitive layer. In this research, response of microcantilever to LPG is studied in simulation and experimental aspects.In static mode operation, the measurement result shows that the sensor output (Vout) sensitively changes to gas flow. Although uncoated microcantilever is used, the sensor output modifies due to the gas. This response may be due to the gas adsorbed on the microcantilever surface. The microcantilever deflection due to the adsorbed gas on the surface can be calculated. Another result here is a non linear curve of Vout (forming a deflection peak) vs time during the gas flow that can be explained by mechanical analysis of the microcantilever double layer structure. The second mechanism of microcantilever response is based on gas density and viscosity changes in experimental box. It is predicted that the increase of fluid density and viscosity causes the decrease of maximum deflection peak.In dynamic mode operation, peak-to-peak voltage (Vpp) of the microcantilever vibration rapidly decreases due to the gas. The mechanism model based on adsorbed gas shows that the resonance frequency shift of about 57,14 kHz may be due to the mass of 16,5 ng absorbed on the microcantilever surface. The second mechanism is based on the gas density and viscosity changes. It shows that the resonance frequency shift is caused by the density change of 22,38 Kg/m3 and viscosity change of 0,058 cP.These studies presented the response of uncoated piezoresistive microcantilever on the static and dynamic operation modes. The change of output signal is described in two models, i.e. the response due to the adsorbed mass and the response due to changes in fluid density and viscosity."