MODIFIKASI SCREEN PRINTED CARBON ELECTRODE DENGAN POLIMER TERCETAK MOLEKUL (MIP) DAN APLIKASINYA UNTUK DETEKSI GLUTATION

This study aims to modify screen printed carbon electrode (SPCE) using molecularly imprinted polymer (MIP) and applied this electrode for indirect detection of glutathione (GSH) in the present of bromine as mediator using cyclic voltammetry. MIP modified SPCE was obtained by using electrodeposition of pyrrole on SPCE surface. GSH measurement was conducted in NaClO4 0.2 M with 1 mM NaBr. The result indicated that molecularly imprinted polymer polypyrrole (MIPpy) modified SPCE was successfully made bu using electrodeposition method. Measurement of GSH in NaClO4 0.2 M with addition of NaBr 1 mM at SPCE and MIPpy modified SPCE (SPCE-MIPpy) provided oxidation peak of bromide at potential of ± 0.63 V vs Ag/AgCl. This peak is linearly correlated to the concentration of GSH in the solution and could be used for measurments of glutathione. Polypyrrole increase electrical conductivity of the electrode, thus oxidation current intensity is increase. Measurments of glutathione at SPCE-MIPpy provided better detection limit (7.6626 μM) and quantitation limit (25.4092μM) compare to SPCE. The presence of glucose in the glutathione solution did not interfere the measurements of glutathione at SPCE-MIPpy. In conclusion, analytical performance of SPCE-MIPpy in GSH measurement was better than SPCE. Artikel Info Diterima tanggal 20.01.2018 Disetujui publikasi tanggal 30.04.2018 Kata kunci : Glutation, MIP, polipirola, SPCE, voltammetri Analit: Analytical and Environmental Chemistry, E-ISSN 2540-8267 Volume 3, No. 01, April 2018 Anal.Environ.Chem. 48 PENDAHULUAN Screen printed carbon electrode (SPCE) merupakan elektrode yang menggabungkan elektrode kerja berupa karbon, elektrode pembanding, dan elektrode pendukung dalam satu desain yang ringkas dan mudah digunakan. Dalam beberapa tahun terakhir SPCE semakin banyak digunakan dalam sensor elektrokimia. SPCE memiliki beberapa kelebihan seperti kemudahan dibawa dan digunakan, analisis cepat, efisiensi tinggi, biaya rendah, dan ukuran sampel yang kecil sehingga sangat prospektif untuk pengembangan sensor (Metters et al. 2011). Namun demikian karena electrode berbasis karbon seperti SPCE tidak selektif, maka diperlukan modifikasi untuk meningkatkan selektivitas elektrode terhadap analit target (Rana et al. 2016). Selektivitas SPCE terhadap analit tertentu dapat ditingkatkan dengan menggunakan Molecularly imprinted polymer atau polimer tercetak molekul (MIP). MIP memiliki tapak molekul cetakan (biasanya molekul analit) sehingga selektivitas terhadap molekul analit meningkat. MIP yang banyak digunakan untuk deteksi elektrokimia ialah MIP polipirola (MIPpy). Polipirola banyak digunakan karena bersifat konduktif, mudah larut dalam air, dan mudah disintesis secara elektrokimia (Suratman et al. 2004; Wei et al. 2015). Pada penelitian ini MIP disiapkan dengan teknik elektropolimerisasi. Penelitian ini bertujuan membuat SPCE termodifikasi MIPpy (SPCE-MIPpy) dan mengaplikasikannya untuk deteksi glutation (GSH). Glutation (Gambar 1) adalah molekul biologis penting berukuran kecil mengandung gugus tiol. Senyawa GSH memiliki peran penting dalam berbagai proses biologi termasuk perlindungan sel terhadap berbagai tekanan oksidatif, metabolisme xenobiotik, transduksi sinyal intra-seluler, dan regulasi gen. Selain itu glutation juga dapat berperan sebagai senyawa marker stress oxidative atau senyawa yang dapat digunakan sebagai indikator terjadinya stres oksidatif di dalam tubuh (Zhang et al. 2016). Gambar 1. Struktur kimia GSH Analit: Analytical and Environmental Chemistry, E-ISSN 2540-8267 Volume 3, No. 01, April 2018 Anal.Environ.Chem. 49 METODE Alat dan Bahan Alat-alat yang digunakan dalam penelitian meliputi alat gelas, potensiostat (EDAQ EA 163, Australia), neraca analitik (Sartorius), Screen Printed Carbon Electrode (Dropsens DRP 110, Spanyol) mikroskop elektron pemayaran (SEM) (Zeiss EVO MA 10, Jerman), serta perangkat lunak Echem v 2.1.0 dan Origin Pro 7.0. Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian meliputi Glutation tereduksi (GSH) (Sigma Aldrich, Amerika Serikat), pirola (Sigma Aldrich, Amerika Serikat), NaClO4, NaBr, dan D-glukosa (Merck, Jerman), air deionisasi, dan akuades. Prosedur Penelitian ini terdiri atas 2 tahap utama, yaitu modifikasi SPCE dengan polipirola tercetak molekul GSH (SPCE-MIPpy) dan evaluasi kinerja SPCE dan SPCE-MIPpy. SPCE dimodifikasi menggunakan MIP polipirola melalui proses elektrodeposisi. SPCE-MIPpy dicirikan menggunakan SEM. SPCE-MIPpy dievaluasi kinerjanya menggunakan parameter linearitas, ketelitian, limit deteksi, limit kuantitasi, stabilitas, dan keterulangan serta dibandingkan dengan SPCE tanpa dimodifikasi. Pengukuran Voltammetri dilakukan menggunakan potensiostat EDAQ pada elektrode SPCE yang terdiri atas elektrode kerja (karbon), elektrode pembanding (Ag/AgCl), dan elektrode tambahan (karbon). Modifikasi SPCE Menggunakan MIP polipirola (MIPpy) MIP polipirola dibuat melalui deposisi siklik menggunakan potensiostat. SPCE dihubungkan dengan potensiotat menggunakan konektor. Larutan H2SO4 0.2 M diteteskan pada permukan SPCE lalu dilakukan pemayaran dengan mode voltammetri siklik sebanyak 10 kali siklik pada jendela potensial 0 − 1.5 V dengan kecepatan payar 100 mV/s Permukaan SPCE dibilas dengan menggunakan air deionisasi. Selanjutnya larutan yang terdiri dari glutation 4 mM dan monomer pirola 0.01 M dalam NaClO4 diteteskan pada permukaan SPCE lalu dilakukan deposisi secara voltammetri siklik pada jendela potensial −0.55 V – 1.4 V dengan kecepatan payar 100 mV/s. Kemudian pembentukan template dilakukan dengan meneteskan air deionisasi pada permukaan SPCE lalu dilakukan voltametri siklik pada jendela potensial −0.6 V – 1.0 V dengan kecepatan Analit: Analytical and Environmental Chemistry, E-ISSN 2540-8267 Volume 3, No. 01, April 2018 Anal.Environ.Chem. 50 payar 100 mV/s. SPCE termodifikasi polipirola tanpa molekul pencetak (SPCE-py) disiapkan dengan langkah yang sama dengan pembuatan SPCE-MIPpy tetapi tanpa penambahan GSH. Pencirian SPCE, SPCE-MIPpy, dan SPCE-py menggunakan SEM Morfologi permukaan SPCE, SPCE-py, dan SPCE-MIPpy dianalisis menggunakan SEM (Zeiss EVO MA 10) dengan potensial pemercepat 16 kV. Pengukuran GSH Glutation dilarutkan dalam air deionisasi kemudian dilakukan pengenceran dengan elektrolit (campuran NaClO4 0.2 M dan NaBr 1 mM). Dilakukan pengukuran voltammetry siklik pada jendela potensial tertentu dan dilakukan variasi kecepatan payar pengukuran pada selang 50 sampai 250 mV/s Evaluasi Kinerja SPCE dan SPCE-MIPpy pada Pengukuran GSH Glutation dalam NaClO4 dengan penambahan NaBr dibuat variasi konsentrasi yaitu 1, 5, 10, 50, 100 μM. Larutan masing-masing diukur dengan voltammetri siklik untuk linearitas. Pengukuran juga dilakukan untuk mengevaluasi parameter ketelitian, limit deteksi, dan limit kuantitasi. Prosedur Analisis Data Arus dan potensial dari analit yang dibaca oleh potensiostat ditampilkan menggunakan aplikasi Echem dan diolah lebih lanjut menggunakan aplikasi Origin 7. Hasil olahan data berupa voltammogram HASIL DAN PEMBAHASAN SPCE Termodifikasi Molecularly Imprinted Polymer Polipirola (SPCE-MIPpy) Polipirola disintesis melalui metode elektropolimerisasi. Metode elektropolimerisasi memiliki kelebihan antara lain dapat melapisi permukaan elektrode yang kecil dan tidak merata serta ketebalan lapisan dapat diatur (Panasyuk et al. 1998). Polipirola merupakan polimer konduktif karena memiliki kemampuan menghantarkan arus listrik. Kemampuan ini disebabkan adanya ikatan rangkap yang terkonjugasi. Polipirola dapat disintesis secara elektrokimia pada permukaan SPCE Analit: Analytical and Environmental Chemistry, E-ISSN 2540-8267 Volume 3, No. 01, April 2018 Anal.Environ.Chem. 51 melalui elektropolimerisasi (Koirala et al. 2015). Dengan adanya pelarut dan elektrolit pendukung pirola akan teroksidasi pada permukaan elektrode kerja sehingga pelarut dan elektrolit pendukung yang digunakan dalam proses ini harus stabil (tidak mengalami reaksi redoks) pada potensial oksidasi pirola. Hasil oksidasi awal pirola membentuk radikal kation dan bereaksi dengan pirola lain dalam larutan membentuk oligomer dan selanjutnya terbentuk polimer. Anion yang berasal dari elektrolit pendukung berinteraksi secara elektrostatik dengan kation dalam polipirola sehingga muatan listrik dari membran yang terbentuk menjadi netral pada akhir reaksi (Suratman et al. 2004). Mekanisme elektropolimerisasi pirola dalam beberapa elektrolit pendukung ditunjukkan dalam mekanisme Reynold (Gambar 2). Gambar 2. Reaksi polimerisasi pirola membentuk polipirola berdasarkan mekanisme Reynold. Pada akhir proses polimerisasi, GSH akan berada pada matriks polimer polipirola yang terbentuk. GSH yang berada di antara polimer tersebut selanjutnya diekstraksi menggunakan pelarut porogenik sehingga meninggalkan sebuah template yang mempunyai ukuran yang sama dengan GSH. Diharapkan hanya analit yang dapat mencapai permukaan elektrode dan menghasilkan respon arus puncak oksidasi. Terperangkapnya GSH dalam matriks polipirola disebabkan adanya ikatan hidrogen antara gugus N-H pada pirola dengan gugus O-H dan N-H pada GSH. Dengan terbentuknya MIPpy diharapkan dapat meningkatkan selektivitas dan sensitivitas pada pengukuran GSH. A = ClO4, BF4, PF5 Analit: Analytical and Environmental Chemistry, E-ISSN 2540-8267 Volume 3, No. 01, April 2018 Anal.Environ.Chem. 52 Morfologi SPCE, SPCE-MIPpy, dan SPCE-py Morfologi permukaan SPCE, SPCE-MIPpy, dan SPCE-py diamati menggunakan SEM. Permukaan SPCE terlihat kasar yang menunjukkan keberadaan karbon dalam permukaan elektrode kerja (Gambar 3A). Permukaan SPCE-MIPpy terlihat lebih halus, mengindikasikan telah terbentuknya lapisan tipis MIP polirola pada permukaan karbon dan selain itu terlihat bentuk menyerupai bulatan kecil yang mengindikasikan keberadaan agregasi polipirola di permukaan elektrode (Gambar 3B). Permukaan PCE-py terlihat lebih rapat dan kompak dibandingkan dengan SPCE MIP py (Gambar 3C). Pori cetakan molekul glutation pada permukaan polipirola