Teknologi Bio Chip

TES & TEKNOLOGI BioLab - BioLab di Atas Chip

Biochip dapat mengenali berbagai penyakit sebelum ia berjangkit, memperingatkan adanya kemungkinan epidemi dan racun-racun biologis, juga mendeteksi daging yang membusuk. Di masa depan mungkin Anda harus melalui pemeriksaan kesehatan ketika melewati batas sebuah negara. Setetes darah dengan cepat dapat memberikan informasi vital; misalnya, apakah dalam tubuh Anda terkandung sejenis virus tertentu atau tidak. Sampel darah diteteskan pada sehelai kartu chip. Melalui saluran kapiler pada kartu, darah diserap ke dalam chip. Dalam chip ini berlangsung proses-proses kimia dalam pot-pot kecil. Ukuran kartu chipnya sendiri hanya sebesar kartu kredit, tetapi berisi sebuah biolab. Biochip, di mana biologi dan teknik semikonduktor modern disatukan, adalah salah satu dari banyak pengembangan yang menjanjikan dalam teknologi diagnosis kedokteran. Chip dapat mengenali penyakit atau melakukan tes genetika dengan cepat. Kelebihan-kelebihan chip ini antara lain dapat dimanfaatkan dalam pencegahan wabah berbahaya. Selama ini, epidemi seperti flu burung sulit dikuasai karena pengenalan virus terlalu rumit dan lamban. Tak ada biomolekul yang tidak dapat dikenali oleh biochip. Pemrograman biokimia dengan antibodi yang tepat sebagai penangkap menjadikannya ‘Lab on the chip’ universal dengan banyak bidang aplikasi. Ia mengenali penyakit, racun, dan gen. Dengan demikian, minilab ini menarik bagi militer maupun praktisi kedokteran. Untuk mengidentifikasi virus dengan tepat, biochip dapat ‘diprogram’. Pengenalan virus dilakukan melalui sinyal listrik dari sederetan sensor pada chip silikon, sementara pemrograman dilakukan secara biokimia. “Setiap molekul memiliki padanannya di alam untuk keperluan identifikasi. Molekul-molekul ini dapat diidentifikasi oleh sebuah biochip”, kata Dr. Rainer Hintsche dari bagian teknologi silikon Institut Fraunhofer (ISIT). Pestisida: Sisa-sisa racun apa yang masih terkandung dalam bahan makanan kita? Virus dapat dipisahkan dari sampel darah jika biochip telah dilengkapi dengan antibodi yang tepat. Chip dapat berfungsi sebagai laboratorium genetik jika ia berisikan molekul-molekul DNA sebagai elemen penangkap (lihat grafik). Dengan komponen genetika semacam itu, bakteri juga dapat dikenali. Antibiotika: Ketika diambil, susu dapat langsung diperiksa apakah mengandung zat-zat tertentu. Selain dalam teknik kedokteran, di bidang-bidang lain pun biochip akan mendapat peran penting. Biochip dapat dimanfaatkan untuk menganalisis bahan makanan, melacak racun, atau keberadaan senjata biologis. Silikon digabungkan dengan biologi dan kimia Bersama 2 orang pengembang dari Infineon dan Siemens, Hintsche mendapatkan penghargaan German Future Award untuk penggunaan biochip secara universal. Para ilmuwan Jerman meyakini bahwa mereka adalah yang terdepan di cabang penelitian ini. “Teknologi yang kami gunakan di ISIT ini tak ada yang bisa meniru”, kata Hintsche dengan yakin. “Di sini, untuk pertama kalinya teknologi industri digunakan dalam mengombinasikan sebuah chip—seperti yang umum digunakan di mana-mana—dengan dunia cair analisis kimia dan biokimia.” TES & TEKNOLOGI BioLab - BioLab di Atas Chip Kelompok penelitian biochip telah berdiri sejak tahun 1983. Sejak tahun 1991, ISIT menjadi salah satu cabang di Institut Fraunhofer, di mana berbagai microsystem dikembangkan. Penelitian utama di Institut Fraunhofer antara lain adalah perancangan sensor untuk konstruksi mobil. Melalui proyek-proyek industri semacam itu, Institut Fraunhofer membiayai sendiri sebagian besar penelitian yang dilakukannya. Di ruang steril dengan seluas ±2.500 m², ISIT memproduksi chip dengan kapasitas 200.000 wafer/tahun. Setelah meninjau instalasi produksi, tampak jelas bahwa penelitian tidak hanya dilakukan dengan material semikonduktor seperti silikon. Di ruangan lain yang terpisah dari bagian berlampu kuning, di mana lembar-lembar silikon diproses, dalam produksi chip juga digunakan material lainnya seperti emas, tembaga, belerang, asam, dan bahan-bahan biokimia. Untuk membangun koneksi ke bagian biologi, chip silikon dilengkapi dengan elektroda emas ultra-halus, di mana molekul-molekul penangkap tertanam dengan kuat. Untuk pembuatan elektroda ini, para pengembang mengandalkan teknologi yang sudah ada, misalnya menggunakan kontak emas pada kartu chip biasa sebagai elektroda. Di antara emas dan biomolekul terdapat lapisan yang disebut sebagai ‘kimia kopling’ oleh para penemu. Di baliknya tersembunyi banyak trik yang menyebabkan teknologi ini sulit ditiru. Virus berbahaya tertutup rapat Melalui ‘jembatan belerang’ pada elektroda emas, antibodi sebagai molekul penangkap dapat dipasang dengan kokoh pada chip. Di ISIT telah dikembangkan sebuah kerangka dasar dari beberapa kelompok belerang. Dengan kerangka dasar tersebut molekul penangkap selalu dapat dipasang pada elektroda. Anthrax: Biolab bergerak memeriksa kandungan racun tertentu dalam sampel tak dikenal. “Selama ini, kami selalu berhasil dengan setiap jenis biomolekul. Belum pernah ada kekecualian”, kata Dr. Ralf Dudde di ISIT menggambarkan keberhasilannya. Masalahnya justru terletak di tempat lain. Institut Fraunhofer sulit mendapatkan sampel virus berbahaya atau senjata biologis. Lemari racun di AS selalu tertutup rapat, tanpa bisa ditawar lagi. Untungnya, Institut Robert-Koch di Berlin sering membantu dalam mengembangkan antibodi sendiri. Aids: Keberadaan virus seperti HIV dapat dibuktikan dengan tes cepat dalam hitungan menit. Bagian chip tempat molekul penangkap berada tampak seperti pot-pot kecil (lihat gambar). Di bawah mikroskop, tampak screen halus elektroda emas dalam pot tersebut. Untuk pencarian berbagai komponen secara paralel, biochip harus dilengkapi dengan banyak pot. Biochip yang berukuran lebih kecil memiliki 10-20 pot dan dapat mengidentifikasi beberapa virus lain. Seperti printer inkjet, sebuah sample-head melengkapi pot dengan molekul-molekul penangkap. Untuk tes genetika digunakan chip yang lebih besar dengan jumlah pot mencapai 1.000 buah. Influenza: Pilek biasa atau varian flu yang mematikan? Sampel yang akan diperiksa sampai ke semua pot. Bila sinyal listrik datang dari sebuah pot, berarti sebuah molekul yang tepat telah tertangkap di sana. “Secara artifisial kami melakukan hal yang sama dengan alam ketika molekul-molekul bertemu dan saling mengikat. Dari reaksi alergi, diketahui bahwa alam dapat mengenali zat-zat tertentu dengan sangat tepat. Proses ini kami tiru secara artifisial pada chip silikon”, papar Hintsche menjelaskan prinsip kerjanya. Faktor yang menentukan untuk menghasilkan konstruksi yang kompak dan murah adalah sistem deteksi listrik. Para peneliti tidak membutuhkan sumber cahaya, lensa, dan filter seperti pada pengenalan optik biasa di mana biomolekul ditandai dengan zat warna fluoresens. Proses pengenalan biologis berlangsung pada chip secara elektrik. Ini menurunkan biaya tes hingga 1/10 dari biasanya. Sebagai produk massal, biochip dapat diproduksi dengan murah dalam proses industri semikonduktor. Lab pada chip untuk dokter dan klinik Ketika potensi teknologi biochip semakin diakui dan dihargai, Infineon malah menyurutkan minatnya. Tak lama setelah menerima penghargaan pada tahun 2004, pembuat chip ini keluar dari proyek. Selanjutnya, Siemens mengambilalih aktivitas pengembangan dari Infineon. Tes genetika: Mengenali orang, penyakit, dan bakat melalui kartu chip. Siemens Medical Solutions ingin mematangkan teknik biochip untuk pasar sebagai sistem diagnosa molekular dengan nama ‘Quicklab’. “Siemens meyakini potensi pasar biochip”, kata anggota Direksi Siemens, Prof. Erich Reinhardt, menekankan dan menjanjikan realisasi proyek dalam waktu dekat. Obat-obatan: Quick-Check dapat mengungkapkan seefektif apa obat yang baru dikembangkan. Dengan ‘Lab on the chip’, Siemens membidik sebuah pasar raksasa. Setiap tahun, omset diagnosa molekular mencapai 1 milyar Euro. Berdasarkan prinsip ‘Darah masuk, info keluar’, analisa di TKP, klinik, dan praktek-praktek dokter akan berlangsung lebih cepat dengan biochip serta lebih pasti hasilnya. Sebuah lab besar dapat memberikan hasil tes SARS dalam waktu 1-2 minggu. Biochip elektronik saat ini sudah mampu memberikan hasil dalam waktu 1 jam dan berpotensi lebih cepat lagi. Dr. Joern Mosner, pimpro Quicklab di Siemens, memperkirakan bahwa pada tahun 2008/2009 biochip baru akan mendapat ijin klinis kedokteran. Selanjutnya, aplikasi klinis dimulai dan dari prototipe dapat dibuat produk-produk massal. Pemeriksaan darah saat kedatangan di bandara baru akan diterapkan beberapa tahun kemudian. RENCANA MASA DEPAN : Penerima Future Award Dr. Walter Gumbrecht (Siemens), Dr. Rainer Hintsche (Fraunhofer ISIT), dan Dr. Roland Thewes (Infineon) dengan rencana-rencana biochip. Infineon sudah keluar dari proyek. Siemens dan Fraunhofer mengembangkan teknik biochip lebih lanjut. “Pengenalan dini penyakit sebelum berjangkit akan menjadi pasar yang penting di masa depan”, kata Mosner. Siemens menitikberatkan pada pengenalan dini kanker dan penyakit infeksi. “Pada prinsipnya, biochip juga tepat untuk mendukung pencegahan wabah”, lanjut Mosner. Minilab akan semakin kecil. Saat ini ia terdiri atas sebuah detektor sekali pakai seukuran kartu kredit—di mana chip, saluran-saluran kapiler, dan pot-pot ditempatkan—dan sebuah reader yang mencatat data. Ukuran reader ini akan diperkecil menjadi seukuran PDA dan di masa depan mungkin sama sekali tidak diperlukan lagi. Sebuah high-integrated-chip akan mengambilalih analisa langsung pada kartu dan diode organik langsung menunjukkan hasilnya. PENANGKAP DALAM LAB CHIP 1. Dengan sebuah biochip antara lain dapat dicari beberapa gen. Untuk itu pot-pot reaksi pada chip dilengkapi dengan berbagai segmenDNA. 2. Dalam setiap pot ini pada elektroda emas yang halus terdapat rantai DNA pendek jenis tertentu sebagai molekul penangkap. 3. Bila sekuens DNA yang dicari ditemukan dalam sampel, sekuens tersebut mengikatkan diri pada molekul penangkap. Ini memicu reaksi selanjutnya. Pada DNA yang ditandai dengan Biotin (B), enzim Phosphatase alkalis (Str/E) akan menempel. Dengan ini, enzim melepaskan sebuah molekul (P) dari substrat (S) yang memberikan 2 elektron ke anoda. Selanjutnya, ia menuju katoda untuk mengambil 2 elektron dan kembali ke anoda. Dengan demikian, mengalir listrik antar-elektroda yang menjadi tanda telah ditemukannya sekuens DNA yang tepat. Siemens menganalisa gen, Diehl mencari senjata biologis Pada pengembangan selanjutnya, jalan yang diambil para penemu biochip mulai bercabang. Siemens terus berkonsentrasi pada aplikasi kedokteran yang membutuhkan banyak sekali pot dengan material genetik. Sebaliknya, Fraunhofer terutama akan meneliti lebih lanjut chip dengan kepadatan rendah 10-20 pot. Sasarannya bukan pasar umum, melainkan aplikasi khusus perusahaan kecil dan menengah. Di sini, halangan bagi produk baru tidak terlalu tinggi seperti dalam teknologi kedokteran yang memerlukan proses perijinan yang lama. TES DNA PADA KARTU : Siemens mengemas analisis genetika pada Quicklab, sebuah minilab seukuran kartu kredit. Pada berbagai saluran dan pot, reaksi biokimia dapat dikenali pada kartu. Reader-nya masih harus diperkecil hingga seukuran PDA sebelum siap dipasarkan. Dengan bobot 2 kg, perangkat-perangkat keluaran pertama cukup fleksibel untuk misalnya menguji susu dari tanki kendaraan pengangkut, apakah berisi sisa-sisa antibiotika. Sampel air dapat diperiksa apakah berisi bakteri coli. Daging membusuk dapat dikenali pengawas bahan makanan secara langsung di supermarket. Dr. Rainer Hintsche, Fraunhofer ISIT, "Untuk analisa DNA dan pencarian senjata biologis, kita membutuhkan chip yang berbeda." “Saat ini racun juga berperan besar”, kata Rainer Hintsche. Di sini juga tidak dibutuhkan chip besar, cukup biochip kecil yang mencari racun tertentu. Pemadam kebakaran, militer, dan pertahanan sipil, menguji-coba perangkat-perangkat yang melacak anthrax atau sarin. Dengan demikian, biochip ini cocok untuk menangkal serangan teroris yang menggunakan senjata biologis. Produsen teknik pertahanan, Diehl, telah menguji perangkat yang dikembangkan bersama ISIT pada sebuah latihan besar dokter-dokter gawat-darurat dan dapat membayangkan aplikasinya pada Piala Dunia mendatang. Bila Rainer Hintsche tidak kunjung lelah menjelaskan bahwa sebuah teknologi baru seperti biochip membutuhkan waktu untuk mencapai pasar sasaran, peneliti lainnya menilai hal itu terlalu lamban. “Sekarang kita menyia-nyiakan apa yang telah dicapai dalam pra-pengembangan”, kata Ralf Dudde. Sudah lama para peneliti di Asia dan AS juga mencari kombinasi terbaik antara biologi dan chip silikon. Links www.isit.fhg.de: Institut Fraunhofer untuk teknologi silikon www.deutscher-zukunftspreis.de/newsite/2004/kurzbeschreibung_01.shtml: Penjelasan singkat tentang proyek biochip. www.medical.siemens.com: Siemens Biotechnic Source : CHIP 03 2006 Author : AS.Pratisto@CHIP.co.id This e-mail address is being protected from spam bots, you need JavaScript enabled to view it (MF)