36
ASPEK FISIKA DALAM ASPEK FISIKA DALAM BIOMOLEKUL BIOMOLEKUL 1. MENGUKUR TRANSPOR MOLEKUL TUNGGAL 1. MENGUKUR TRANSPOR MOLEKUL TUNGGAL 2. ELEKTROFORESIS 2. ELEKTROFORESIS 3. KROMATOGRAFI 3. KROMATOGRAFI 4. FLOWCYTOMETRY 4. FLOWCYTOMETRY

Aspek Fisika Dalam Biomolekul

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Fisika

Citation preview

Page 1: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

ASPEK FISIKA DALAM ASPEK FISIKA DALAM BIOMOLEKULBIOMOLEKUL

1. MENGUKUR TRANSPOR MOLEKUL TUNGGAL1. MENGUKUR TRANSPOR MOLEKUL TUNGGAL2. ELEKTROFORESIS2. ELEKTROFORESIS3. KROMATOGRAFI3. KROMATOGRAFI

4. FLOWCYTOMETRY4. FLOWCYTOMETRY

Page 2: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

TUJUANTUJUAN

• 1. MAHASISWA DAPAT MENGEMBANGKAN PEMBELAJARAN DAN1. MAHASISWA DAPAT MENGEMBANGKAN PEMBELAJARAN DAN KEMAMPUAN MENGGUNAKAN ASPEK FISIKA DALAM KEMAMPUAN MENGGUNAKAN ASPEK FISIKA DALAM BIOMELEKUL.BIOMELEKUL.

2. MAHASISWA DAPAT MENGEMBANGKAN INSTRUMENTASI 2. MAHASISWA DAPAT MENGEMBANGKAN INSTRUMENTASI UNTUK MENGUKUR BIOMOLEKUL.UNTUK MENGUKUR BIOMOLEKUL.

3. MAHASISWA DAPAT MENGEMBANGKAN TEKNIK MIKRO UNTUK 3. MAHASISWA DAPAT MENGEMBANGKAN TEKNIK MIKRO UNTUK MEMISAHKAN MOLEKUL.MEMISAHKAN MOLEKUL.

Page 3: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

OUTLINE BIOMOLEKULOUTLINE BIOMOLEKUL

• OUTLINE• 1. MENGAPA DAPAT TERJADI TRANSPOR MOLEKUL TUNGGAL• 2. TEORI SEDERHANA (VIBRASI ANTAR MOLEKUL)

• 3. BAGAIMANAKAH METODE MENGUKUR MOLEKUL • KOMPLEMENTER

• 4. DAPATKAH MENGFUNGSIKAN MOLEKULAR.

Page 4: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

MEKANISME INTERAKSIMEKANISME INTERAKSI

• MEKANISME INTERAKSI MOLEKULMEKANISME INTERAKSI MOLEKUL• ADA DUA JENIS INTERAKSI MOLEKUL:ADA DUA JENIS INTERAKSI MOLEKUL:• 1. INTERAKSI van der WALLS DISEBUT INTERAKSI LEMAH1. INTERAKSI van der WALLS DISEBUT INTERAKSI LEMAH• ATAU RESIDU, TERJADI PADA IONIK ATAU METABOLIK.ATAU RESIDU, TERJADI PADA IONIK ATAU METABOLIK.• 2. INTERAKSI KUAT, YANG TERJADI PADA MATERIAL ORGANIK 2. INTERAKSI KUAT, YANG TERJADI PADA MATERIAL ORGANIK • SEPERTI ENZIM.SEPERTI ENZIM.• MEKANISME TARIKAN DAN TOLAKAN ANTAR MOLEKUL, MEKANISME TARIKAN DAN TOLAKAN ANTAR MOLEKUL,

KARENA ADANYA GAYA LISTRIK. KARENA ADANYA GAYA LISTRIK. • SECARA UMUM YANG TERJADI DIDALAM ATOM DAN MOLEKUL SECARA UMUM YANG TERJADI DIDALAM ATOM DAN MOLEKUL

KARENA ADA GAYA LISTRIK. KARENA ADA GAYA LISTRIK. •

Page 5: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

MENGUKUR MOLEKUL TUNGGALMENGUKUR MOLEKUL TUNGGAL

A V

MOLEKUL

Page 6: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

MENGUKURMENGUKUR

BAGAIMANAKAH BENTUK KURVA I(V) UNTUK MOLEKUL

A

V

I(V) TIDAK LINEAR

EMASEMAS

MOLEKUL

Page 7: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

MENGUKURMENGUKUR

• ..• METODE PENGUKURANMETODE PENGUKURAN• CARA MENGUKUR MOLEKUL BIOLOGIS CARA MENGUKUR MOLEKUL BIOLOGIS • PROSES KIMIA. PROSES KIMIA. • MEMILIH MOLEKUL YANG BERBEDA MEMILIH MOLEKUL YANG BERBEDA • MEMILIH ALAT YANG SESUAIMEMILIH ALAT YANG SESUAI• MENENTUKAN KARAKTERISTIKMENENTUKAN KARAKTERISTIK• MENGOLAHMENGOLAH• MENGANALISMENGANALIS

Page 8: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

ELEKTROFORESISELEKTROFORESIS ELEKTROFORESIS PAJANAN SEL DENGAN MENGGUNAKAN INTESITAS TINGGI.

• BAGIAN KHUSUS DARI SEL ADALAH DESTABILIZED

• HASIL STRUKTUR YANG DIPEROLEH BERUPA PORES TEMPORAL DALAM MEMBRAN.

• MENAMBAH PERMEABILITAS MEMBRAS SEL : TERJADI PENINGKATAN DIFUSI,ELEKTROPORETIK, DAN TEKANAN UNTUK MENDORONG MOLEKUL AIR Dan ION-ION.

• TERJADI KEBOCORAN ION, MELEPASKAN METABOLIT, DAN MEMPERCEPAT PENYALURAN OBAT, PROB MOLEKULAR , DAN DNA OLEH SEL

• HASIL ELEKTFORESIS DAPAT DIPELAJARI MEMBAWA MOLEKUL BIOLOGIS.

Page 9: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

ELECTROFORESISELECTROFORESIS• TERJADI ELEKTROPORESIS BILA MOLEKUL YANG DIBAWA

TERINDUKSI OLEH

• MEDAN LISTRIK LEBIH BESAR DARI TEGANGAN AMBANG. • PHASE SATU: PORES SEL YANG DIBENTUK PADA RUANG

MEMBRAN SEL ELEKTRODE POSITIP. OLEH KARENA PADA SEL ELEKTRODE NEGATIP ADA KAPASITANSI MEMBRAN PERTAMA APABILA DIBERIKAN SUATU MEDAN LISTRIK DARI LUAR.

• • PHASE DUA: PORES SEL YANG DIBENTUK PADA RUANG MEMBRAN

SEL ELEKTRODE NEGATIP.• • PORE TERJADI DALAM MIKROSEKON, MEMBRAN TELAH DITELITI

DALAM RENTANG MENIT, TERJADI PERPINDAHAN MATERIAL KEDALAM Dan KELUAR SEL.

Page 10: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

PROSES ELEKTROFORESISPROSES ELEKTROFORESIS

• GAMBAR. PROSES ELEKTROFORESIS. • (a) SEBELUM DIGUNAKAN MEDAN LISTRIK, (b) SETELAH DIGUNAKAN MEDAN

LISTRIK DAN PORES FORMASI DAN (c) BILA MEDAN LISTRIK DIHILANGKAN DAN MENELITI MEMBRAN.

Page 11: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

DIELEKTROFORESISDIELEKTROFORESIS

MEDAN LISTRIK LUAR DAPAT MENGINDUKSI PORE DALAM MEMBRAN, BERGERAKNYA SEL OLEH DIELEKTROFORESIS, MEMBRAN FUSI.INTERAKSI MEDAN LISTRIK LUAR DENGAN HASIL MATERIAL POLARISASI DALAM GAYA YANG KEMUDIAN TERJADI INDUKSI GERAK DIDALAM PARTIKEL.GERAK DIDALAM MEDAN LUAR DAPAT MENGUBAH STRUKTUR ATAU KERUSAKAN MEKANIK YANG DAPAT DILAKUKAN DENGAN ELEKTROFORESIS DAN ELEKTROFUSI.

Page 12: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

PRINSIP PELAKSANAANPRINSIP PELAKSANAAN

ELEKTROFORESIS ADALAH PROSES YANG TERJADI DALAM SEBUAH SEL KARENA DIBERIKAN PULSA ARUS LISTRIK. PULSA INI TERJADI TEMPORARI DALAM MEMBRAN SEL , BERUPA MOLEKUL ATAU PARTIKEL YANG MASUK KEDALAM SEL.ELEKTROPORE ADALAH LOKASI UTAMA PADA PERMUKAAN SEL SANGAT DEKAT DENGAN ELEKTRODE.BILA MEDAN LISTRIK MEMPUNYAI SIFAT PARAMETER, PORE SEL DAPAT DIPEROLEH DAN KONTINU BERLANGSUNG.

PRINSIP PELAKSANAAN

Page 13: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

KEUNTUNGAN ELEKTROFORESISKEUNTUNGAN ELEKTROFORESIS• KEUNTUNGAN ELEKTROFORESIS

• ELEKTROFORESIS MEMBERIKAN SEJUMLAH KEUNTUNGAN DIBANDINGKAN DENGAN METODE KONVENSIONAL PERMEABILISASI SEL.

• METODE NON-KIMIA Dan NON-INVASIF.• TIDAK BERUBAH DALAM BIOLOGIS ATAU FUNGSI TARGET SEL.

• TANPA RACUN SEBAGAI PEMBANDING BAHAN KIMIA ATAU METODA BIOLOGIS.

• BESARNYA EFISIENSI ELEKTROFORESIS ADALAH UMUMNYA LEBIH BAIK DARI PADA METODA ALTERNATIF.

• DAPATKAH DIGUNAKAN LEBIH LUAS UNTUK MENSELEKSI JENIS SEL.

Page 14: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

ELECTROPORATORELECTROPORATOR

ELEKTROPORATOR TERDIRI DARI KOMPUTER, PULSA GENERATOR, APLIFIER TEGANGAN, PENGUAT ARUS DAN TEGANGAN PULSA RENDAH.. MENSELEKSI PARAMETER PULSA MELALUI KOMPUTER. SEMUA PARAMETER PULSA, KECUALI PULSA AMPLITUDO, KEMUDIAN DITERUSKAN KEPULSA GENERATOR. MENGGANTIKAN SUB-UNIT KE SINYAL DIGITAL KEMUDIAN DIPERKUAT DALAM PENGUATAN TEGANGAN KE POTENSIAL YANG DITEMPATKAN DILUAR.. PENGUATAN SINYAL MELALUI PENGUATAN ARUS YANG DINYATAKAN DENGAN POWER DENGAN ME-LOAD KELUARAN. SAMPEL DITEMPATAKAN ANTARA ELEKTRODE UNTUK ELEKTROFORESIS.

BLOK DIAGRAM ELEK- TROFORATOR DARI Puc M., Flisar K., Reberäek S. and Miklav.i. D. Electroporator for in vitro cell permeabilization., Radiol Oncol 2001; 35(3): 203-7.

Page 15: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

ELEKTROFUSIELEKTROFUSI

MENGEMBANGKAN APLIKASI ELEKTROFORESIS ADALAH ELEKTROFUSI.SEL FUSI DAPAT TERJADI DALAM ELEKTROFORESIS BILA DIBAWA BERSAMA UNTUK DISALURKAN PULSA MEDAN LISTRIK.ARUS AC MENYEBABKAN DIELEKTROFORESIS Dan TERJADI KONTAKAN DENGAN SEL.SETELAH DIBERIKAN ARUS, PORE BERDEKATAN SATU DENGAN YANG LAINNYA.

ELEKTROFUSI

Page 16: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

APLIKASIAPLIKASI

• APLIKASI

• 1. INTRODUKSI DNA ASING ATAU RNA DALAM SEL HIDUP UNTUK TRANSFEKSI GEN– TERAPI GEN

• 2. FUSI SEL– MANIPULASI EMBRIO– FORMASI HYBRINOMA– FUSI TRANPROTOPLAST PLANT

• 3. MASUKAN PROTEIN DALAM MEMBRAN. SEL .

• 4. IMPROVISASI PENYALURAN OBAT– KEMOTRAPI SEL KANKER

• 5. TRANSDERMAL PENYALURAN OBAT.

Page 17: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

KROMATOGRAFI: MEKANISME KROMATOGRAFI: MEKANISME PEMISAHAN PEMISAHAN

• KROMATOGRAFI UNTUK MEMISAHKAN KOMPONEN SUATU KROMATOGRAFI UNTUK MEMISAHKAN KOMPONEN SUATU LARUTAN DENGAN PROSES SEPARASI KONDUKSI DENGAN LARUTAN DENGAN PROSES SEPARASI KONDUKSI DENGAN KECEPATAN TINGGI DENGAN DROP TEKANAN.. KECEPATAN TINGGI DENGAN DROP TEKANAN..

• ADSORPSIADSORPSI• PARTISIPARTISI• ION-EXCHANGE & ION INTERACTIONION-EXCHANGE & ION INTERACTION• UKURAN EKSLUSIUKURAN EKSLUSI• AFINITAS (INTERAKSI ANTIBODI-ANTIGEN); INTERAKSI KIMIA; AFINITAS (INTERAKSI ANTIBODI-ANTIGEN); INTERAKSI KIMIA;

ATRAKSI)ATRAKSI)• KOMPLEKSI - CELASIKOMPLEKSI - CELASI• ION-EKLLUSI (Separation of weak acids)ION-EKLLUSI (Separation of weak acids)

Page 18: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

KROMATOGRAFI : MEKANISME KROMATOGRAFI : MEKANISME PEMISAHANPEMISAHANADSORPSI PARTISI ION EXCHANGE

Page 19: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

KROMATOGRAFI: MEKANISME KROMATOGRAFI: MEKANISME PEMISAHANPEMISAHAN

AFFINITY SIZE EXCLUSION

Page 20: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

KESETIMBANGANKESETIMBANGAN

• KROMATOGRAFI - KESETIMBANGANKROMATOGRAFI - KESETIMBANGAN

A MOBILE A STATIONARY

Page 21: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

DIFUSI MOLECULAR DIFUSI MOLECULAR

DIFUSI MOLECULAR (B)DIFUSI MOLECULAR (B) – – DALAM MOBIL DALAM MOBIL PHASEPHASE

• SEBANDING DENGAN JUMLAH PARTIKEL MENGISI SEBANDING DENGAN JUMLAH PARTIKEL MENGISI KOLOM.KOLOM.

• DIPENGARUHI OLEH KOEFISIEN DIFUSI PARTIKEL DIPENGARUHI OLEH KOEFISIEN DIFUSI PARTIKEL DALAM MOBIL PHASE.DALAM MOBIL PHASE.

• DIPENGARUHI OLEH TEMPERATUR DANTEKANANDIPENGARUHI OLEH TEMPERATUR DANTEKANAN• TIDAK BERGANTUNG PADA LC – KOEFISIEN DIFUSITIDAK BERGANTUNG PADA LC – KOEFISIEN DIFUSI KECILKECIL• BERBANDING TERBALIK PENGARUHNYA TERHADAP BERBANDING TERBALIK PENGARUHNYA TERHADAP

KECEPATAN MOBILE PHASE.KECEPATAN MOBILE PHASE.

Page 22: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

RESISTANSIRESISTANSI

RESISTANSI TERHADAP TRANSFER MASSA (C):RESISTANSI TERHADAP TRANSFER MASSA (C):DIPENGARUHI OLEHDIPENGARUHI OLEH

TRANSFER MASSA DALAM FASE BERGERAK DAN TRANSFER MASSA DALAM FASE BERGERAK DAN STASIONER.STASIONER.

BERKURANGNYA KESETIMBANGAN – FASE BERGERAKBERKURANGNYA KESETIMBANGAN – FASE BERGERAK MEMPENGARUHI KESETIMBANGAN DARI FASE CAIRMEMPENGARUHI KESETIMBANGAN DARI FASE CAIR BERBANDING TERBALIK DENGAN DIAMETER BERBANDING TERBALIK DENGAN DIAMETER

PARTIKEL ATAU DIAMETER DALAM KAPILER.PARTIKEL ATAU DIAMETER DALAM KAPILER. RENDAH RESISTANSI TEMPERATUR TINGGI RENDAH RESISTANSI TEMPERATUR TINGGI

(VISKOSITAS)(VISKOSITAS)

Page 23: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

KESIMPULANKESIMPULAN

KESIMPULAN:KESIMPULAN: HARGA MINIMUM H DAPAT DICAPAI BILA:HARGA MINIMUM H DAPAT DICAPAI BILA:

– TEBALNYA FASE STASIONER ADALAH MINIMUMTEBALNYA FASE STASIONER ADALAH MINIMUM– PACKED KOLOM PACKED KOLOM DENGAN PARTIKEL SANGAT KECILDENGAN PARTIKEL SANGAT KECIL– KAPILER MEMPUNYAI DIAMETER SANGAT KECIL KAPILER MEMPUNYAI DIAMETER SANGAT KECIL – FASE MOBIL DAN FASE STASIONER MEMPUNYAI FASE MOBIL DAN FASE STASIONER MEMPUNYAI

VISKOSITAS RENDAH DANVISKOSITAS RENDAH DAN KOEFISIEN DIFUSI TINGGI.KOEFISIEN DIFUSI TINGGI.

Page 24: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

FLOWCYTOMETRY AND CELL SORTINGFLOWCYTOMETRY AND CELL SORTING

DEFINISI: SUATU TEKNIK PENGUKURAN FISIS CEPAT DAN KARAKTERISTIK SEL KIMIA MENGALIR DALAM FILE TUNGGAL MELALUI DAERAH PEREKAMAN.

Page 25: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

PENDAHULUANPENDAHULUAN

• Tiga jenis:Tiga jenis:– KONTROL FLUIDIK: KONTROL FLUIDIK: POSISI SAMPEL SEL POSISI SAMPEL SEL

MENGARAH MENGARAH hydrodynamic atau hydrodynamic atau electrokinetic focusingelectrokinetic focusing

– Deteksi optis: analisis efek Deteksi optis: analisis efek hamburan Dan fluorescence hamburan Dan fluorescence memancarkan setelah penyinaran memancarkan setelah penyinaran oleh berkas sinar.oleh berkas sinar.

– Cell Sorting: Aerosol droplet sorting Cell Sorting: Aerosol droplet sorting menggunakan elektrokinetik.menggunakan elektrokinetik.

Figure adapted from [1]

Figure adapted from [2]

Page 26: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

FLUIDICS CONTROL : HYDRODYNAMICSFLUIDICS CONTROL : HYDRODYNAMICS

• Teori :Teori :– Dua aliran fluida adalah di Dua aliran fluida adalah di

fokuskan pada sampel.fokuskan pada sampel.– Model rangkaian dimana Model rangkaian dimana

aliran = arus Dan tekanan aliran = arus Dan tekanan = tegangan = tegangan

• Rancangan:Rancangan: – Lajunya aliran mengarah Lajunya aliran mengarah

dan terkena sampel dapat dan terkena sampel dapat mengubah lebar inti sampel.mengubah lebar inti sampel.

Page 27: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

MICROFABRICATED: FLOWCYTOMETRYMICROFABRICATED: FLOWCYTOMETRY

Page 28: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

FLUIDICS CONTROL :ELECTROKINETICSFLUIDICS CONTROL :ELECTROKINETICS

• TEORI:TEORI:– SEBUAH PARTIKEL DALAM MEDAN E, DENGAN SUATU GAYA STATIS , SEBUAH PARTIKEL DALAM MEDAN E, DENGAN SUATU GAYA STATIS , qE qE

DENGAN q BERADA DALAM MEDAN TERSEBUT.DENGAN q BERADA DALAM MEDAN TERSEBUT.– KESETIMBANGAN GAYA GESEK DIKENDALIKAN OLEH FLUIDA ALIR.KESETIMBANGAN GAYA GESEK DIKENDALIKAN OLEH FLUIDA ALIR.– PERUBAHAN BEDA POTENSIAL LUAS ELEKTRODE UNTUK SAMPEL.PERUBAHAN BEDA POTENSIAL LUAS ELEKTRODE UNTUK SAMPEL.

• RANCANGAN:RANCANGAN:– ELEKTRODE Pt ATAU Al DIGUNAKAN UNTUK MEDAN LISTRIK LUAR.ELEKTRODE Pt ATAU Al DIGUNAKAN UNTUK MEDAN LISTRIK LUAR.

Page 29: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

CELL SORTING :DROPLETCELL SORTING :DROPLET

• TheoryTheory– ARAH FLUIDA ADALAH ARAH FLUIDA ADALAH

MENETESKAN DALAM BENTUK MENETESKAN DALAM BENTUK DROP TERPISAH.DROP TERPISAH.

– BERGANTUNG SIFAT SETIAP DROP, BERGANTUNG SIFAT SETIAP DROP, DENGAN PULSA LISTRIK KUATDENGAN PULSA LISTRIK KUAT..

– MEDAN LISTRIK LUAR DIKENAKAN MEDAN LISTRIK LUAR DIKENAKAN PADA SEL., MASUK KEDALAM PADA SEL., MASUK KEDALAM PENGUMPUL DATA.PENGUMPUL DATA.

• RANCANGANRANCANGAN– TRANSDUCER PIEZOELEKTRIKTRANSDUCER PIEZOELEKTRIK

MENDETEKSI DROP FLUIDA.MENDETEKSI DROP FLUIDA.

Page 30: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

KESIMPULANKESIMPULAN

• KESIMPULAN KESIMPULAN FLOW CYTOMETRY:

KONSEPNYA SEDERHANA TETAPI PERALATAN KOMPLEK:

MENGONTROL FLUIDICDETEKSI OPTISCELL SORTING.

Page 31: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

Pemisahan molekul DNAPemisahan molekul DNA

Dengan teknik elektroforesis, molekul DNA bermuatan negatip bergerak melalui gel ke elektrode bermuatan positip.

Page 32: Aspek Fisika Dalam Biomolekul
Page 33: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

Hukum ohm dan powerHukum ohm dan power

• Hubungan dengan parameter listrikHubungan dengan parameter listrik

• V = I RV = I R• V= tegangan sebagai pembangkit energi V= tegangan sebagai pembangkit energi • i= arus dialirkan kedalam rangkaiani= arus dialirkan kedalam rangkaian• R = tahanan untuk mengatur arus listrikR = tahanan untuk mengatur arus listrik

• Power (P) = I V = iPower (P) = I V = i22RR• Arus yang dialirkan melalui gel terjadi perpindahan Arus yang dialirkan melalui gel terjadi perpindahan

muatan.muatan.

Page 34: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

• Bergeraknya muatan dalam medan listrik.Bergeraknya muatan dalam medan listrik.

Page 35: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

• Hukum stoke’s.Hukum stoke’s.

Page 36: Aspek Fisika Dalam Biomolekul

Kapiler elektroforesisKapiler elektroforesis