Berbagi pengetahuan, dari mana saja, dari siapa saja, untuk semua

Mengenal Teknologi Mikrofluida: Membuat Pipa Serukuran Pembuluh Darah Kita

“Mereka mengatakan kepada saya tentang motor elektrik sebesar kuku di tangan kecilmu. Itu sungguh adalah dunia yang sangat kecil di bawah sana.” -Richard Feyman-

Tubuh kita dikelilingi begitu banyak pipa-pipa elastis berukuran sangat kecil atau sering kita kenal dengan sebutan mikro. Pipa-pipa itu terdiri dari pembuluh darah, rambut, dan lain sebagainya. Dapatkah kita membayangkan seberapa kecil pipa-pipa tersebut? Sebagai contoh, pembuluh darah kapiler sebagai pembuluh darah terkecil di dalam tubuh kita memiliki diameter sebesar 5 mikrometer. Seberapa kecilkah 5 mikrometer itu? Mungkin ada di antara kita yang belum dapat membayangkan ketika disebutkan satuan mikrometer tersebut. Mari coba kita ambil contoh lainnya yang lebih besar. Rambut kita memiliki rata-rata diameter sebesar 70 mikrometer. Yang berarti rambut kita memiliki ukuran diameter sekitar 14 kali lebih kecil dari ukuran satu millimeter penggaris kita. Jadi, seberapa kecilkah pembuluh darah kapiler kita? Pembuluh darah kapiler kita berukuran sekitar satu per 14 dari rambut kita. Kecil sekali kan? Teknologi dalam dimensi inilah yang kita kenal dengan nama teknologi mikro. Atau lebih tepatnya teknologi mikro ini bergerak dalam dimensi antara 10-200 mikrometer.

Gambar mikroskop pemindaian elektron dari rambut manusia.
Sumber: https://hypertextbook.com/facts/1999/BrianLey.shtml.

Selanjutnya kita akan coba mengenal apa itu yang disebut dengan fluida. Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering menjumpai air yang mengalir di sungai atau udara yang berhembus semilir menggoyang dedaunan. Air dan udara itu senantiasa berubah bentuknya mengikuti wadah yang mereka tempati. Selain itu mereka juga dapat kita alirkan seperti air misalnya, yang dapat mengalir dari tempat yang lebih tinggi ke tempat yang lebih rendah, atau dengan memberikan tekanan menggunakan pompa untuk mengalirkan air. Untuk udara misalnya, ketika menyalakan kipas angin maka kita akan merasakan udara yang mengalir ke arah kita. Mengapa hal ini bisa terjadi? Sebelumnya mari coba kita bayangkan sebuah benda padat. Benda padat pada umumnya memiliki kemampuan elastis. Yaitu ketika diberi gaya dari luar maka ia akan kembali ke bentuk semula seperti per atau pegas. Akan tetapi kemampuan ini tidak dimiliki oleh zat seperti air atau udara, sehingga mereka akan terus berubah bentuk atau mengalir ketika diberi gaya dari luar. Inilah yang kemudian kita pelajari dalam ilmu fluida.

Setelah mengenal dua istilah tersebut, tentu kita akan mulai memahami apa yang akan kita bicarakan terkait dengan teknologi mikrofluida ini. Teknologi mikrofluida adalah ilmu sains yang mempelajari fenomena aliran zat fluida dalam pipa dengan skala mikrometer. Kalau dalam ilmu teknik dikenal juga dengan teknologi untuk membuat alat mikrofluida seperti laboratorium dalam chip kecil (lab on chip). Aplikasi dari teknologi ini bisa sangat luas tergantung dari ide-ide apa yang dapat kita pikirkan. Dari aplikasi di bidang biologi, kimia, kedokteran, bahkan bisa juga kita manfaatkan dalam bidang energi. Ide besarnya adalah melakukan miniaturisasi dari sesuatu yang sudah ada dalam skala makro.

Apa sih keuntungannya kita mempelajari pipa-pipa kecil ini? Apa ada yang bisa kita peroleh dengan membuat pipa-pipa tersebut? Sebagai contoh dalam teknologi lab on chip. Protokol dalam laboratorium begitu kompleks dan menggunakan sumber daya yang banyak, misalnya untuk uji kandungan gula dalam darah. Dari persiapan sampel, ekstraksi molekul, amplifikasi, purifikasi, pengendalian reaksi kimia, sampai dengan mendeteksi kandungan gula tersebut di dalam darah. Mari kita bayangkan bagaimana jika semua proses itu hanya dengan menggunakan satu chip saja. Tentunya akan banyak sumber daya yang kita pangkas. Prosesnya juga akan menjadi lebih murah dan praktis.

Alat cek gula darah praktis dengan teknologi mikrofluida. Sumber: http://sehatfisik.com/alat-cek-gula-darah/

Keuntungan lainnya adalah, dengan skala mikro kita bisa menghemat penggunaan bahan-bahan kimia laboratorium untuk melakukan analisa. Dalam teknologi mikrofluida, sampel yang kita gunakan juga dalam skala yang sangat kecil. Dengan sampel yang sedikit itu, tentunya kebutuhan akan bahan-bahan kimia untuk mengujinya pun akan menyesuaikan.

Perbandingan volume dari milliliter sampai dengan pikoliter.
Sumber: http://www.wpiinc.com/blog/2015/06/12/product-information/when-a-bigger-bolus-is-better/

Apa ada lagi keuntungan dari teknologi ini? Ada, yaitu dari segi biaya pembuatannya. Ukuran yang kecil tentunya akan berimplikasi pada sedikitnya bahan produksi yang akan digunakan. Hal ini tentunya di satu sisi akan mengurangi biaya produksi dari alat-alat tersebut.

Perbadingan ukuran sebuah lab on chip dengan koin. Sumber: https://www.griffith.edu.au/

Adakah kerugian atau tantangan dari penggunaan teknologi mikro fluida ini? Tentu juga ada, salah satunya adalah rasio dari sinyal dan gangguan (noise) yang lebih rendah. Sinyal adalah sesuatu yang mengindikasikan terdeteksinya sesuatu yang kita harapkan sementara gangguan adalah sesuatu nilai yang ikut terdeteksi dari lingkungan dan mengganggu terbacanya sinyal. Misalnya ketika kita sedang berada dikeramaian dan ingin memanggil teman kita, maka suara kita dianggap sebagai sinyal, sementara hal lain dari lingkungan seperti suara mobil, burung, dll adalah gangguan. Semakin besar rasio sinyal dengan gangguan maka semakin mudah kita untuk melakukan pendeteksian tersebut. Dalam teknologi mikrofluida, semakin kecil sebuah alat, maka sinyal yang dapat dihasilkan juga terbatas. Maka dari itu ini menjadi tantangan dari teknologi mikrofluida.

Ilustrasi rasio sinyal dan gangguan. Sumber: http://www.radio-electronics.com/

Teknologi mikrofluida masih memiliki ruang pengembangan yang sangat luas sebagaimana yang telah kita diskusikan dibeberapa paragraf sebelumnya, dari teknologi pembuatannya hingga perluasan aplikasinya. Para ilmuwan terus meneliti teknologi ini untuk membuka kemungkinan-kemungkinan terbaru untuk memanfaatkannya dalam berbagai bidang yang tentunya dengan tujuan untuk memudahkan kehidupan manusia. Apa yang kita bayangkan dapat kita buat dengan pipa berukuran mikro ini? Yuk mari terus kita pelajari dan aplikasikan untuk kemajuan peradaban Indonesia dan umat manusia ke depannya.

Bahan bacaan:

Penulis:
Mohammad Akita Indianto, Mahasiswa Tohoku University, Jepang.
Kontak: mohammadakitaindianto(at)yahoo(dot)com.