Penerapan Film Ba0,5sr0,5tio3 Sebagai Sensor Cahaya Pada Alat Ukur Gula Darah Berbasis Optik

COVER

PENERAPAN FILM Ba0,5Sr0,5TiO3 SEBAGAI SENSOR
CAHAYA PADA ALAT UKUR GULA DARAH
BERBASIS OPTIK

ADE KURNIAWAN

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

iii

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Penerapan Film
Ba0,5Sr0,5TiO3 Sebagai Sensor Cahaya Pada Alat Ukur Gula Darah Berbasis Optik
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber

informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.

Bogor, Agustus 2015
Ade Kurniawan
NIM G751130021

RINGKASAN

ADE KURNIAWAN. Penerapan Film Ba0,5Sr0,5TiO3 Sebagai Sensor Cahaya pada
Alat Ukur Gula Darah Berbasis Optik. Dibimbing oleh IRZAMAN dan JAJANG
JUANSAH.
Telah berhasil dibuat alat ukur gula darah berbasis optic dengan film barium
stronsium titanat (BST) sebagai sensornya. Film BST dibuat dengan metode
Chemical Solution Deposition (CSD) yaitu dengan mereaksikan Barium Asetat,
Stronsium Asetat dan Titanium Isopropoksida dengan fraksi mol masing-masing
0,5; 0,5 dan 1. Larutan yang dibuat adalah satu molar dengan pelarut

2-metoksietanol sebanyak 2,5 ml. Film diproses annealing pada suhu 850 oC
selama 29 jam. Selanjutnya film yang diperoleh dikarakterisasi sebagai sensor
cahaya.
Uji absorbansi film BST menunjukan bahwa film BST peka terhadap cahaya
tampak yaitu pada rentang 475 hingga 750 nm Pengujian film menunjukan
absorbansi film maksimum pada tiga puncak panjang gelombang yaitu 475 nm,
593 nm dan 702 nm. Nilai energy gap (Eg) diperoleh dengan metode tauc plot dan
didapat sebesar 1,9 eV yang menunjukan bahwa film yang dibuat merupakan
semikonduktor.
Pola kurva I-V menunjukan film BST yang dibuat adalah dioda karena bentuk
kurva mendekati karakteristik kurva dioda. Hal ini menunjukan bahwa prinsip dasar
persambungan p-n pada sampel bekerja. Untuk melihat sensitifitas film pada
cahaya film diuji pada dua kondisi, yaitu gelap (± 2 lux) dan terang (± 452 lux).
Pengujian menunjukan film BST sensitif terhadap cahaya sehingga film yang
dibuat merupakan fotodioda. Hasil pengujian I-V menunjukan knee voltage atau
tegangan pada saat arus mulai naik saat dibias maju didapat sebesar 0,6 V.
Uji sensitifitas film dilakukan untuk melihat perubahan hambatan film ketika
terjadi perubahan intensitas cahaya. Pengujian dilakukan dengan merangkai seri
film BST dengan sebuah resistor (rangkaian pembagi tegangan). Saat pengujian
film BST diberi paparan cahaya yang berasal dari LED. LED yang digunakan

adalah LED merah, hijau dan biru dengan variasi intensitas meningkat dari nol
hingga 100 lux. Uji sensitifitas menunjukan hambatan listrik film berkurang
dengan bertambahnya intensitas cahaya yang diberikan. Dari grafik terlihat film
BST paling sensitif terhadap cahaya biru dengan perubahan hambatan yang paling
signifikan. Penurunan hambatan pada LED biru sebesar 0,401 KΩ/lux. Sedangkan
cahaya hijau 0,051 KΩ /lux dan merah 0,288 KΩ/lux.
Sinyal dari film BST sangat lemah. Oleh karena itu perlu diperkuat dengan
rangkaian penguat OpAmp. Film BST dirangkai dengan rangkaian jembatan
wheatstone untuk pengkondisian sinyal, kemudian diperkuat oleh rangkaian
penguat differensial dengan 10 kali penguatan.
Cara kerja alat adalah dengan melewakan cahaya sumber ke sampel darah
yang diletakan di atas kaca preparat. Intensitas cahaya yang ditransmisikan oleh
sampel kemudian ditangkap oleh film BST. Nilai absorbansi cahaya yang diserap
oleh gula darah akan sebanding dengan konsentrasi gula darah tersebut dalam
larutan tertentu. Tegangan keluaran yang ditangkap film BST sebanding dengan

iii

intensitas cahaya yang ditransmisikan. Nilai tegangan keluaran dari film BST
diolah untuk memperoleh kadar gula darah yang dilakukan oleh mikrokontroler

Atmega328P. Alat rancangan yang telah dibuat dikalibrasi dengan glucometer
komersil (merk Easytouch) dengan cara fitting linear logaritma natural rasio
intensitas cahaya masuk (I0) dan intensitas yang ditransmisikan (I) terhadap kadar
gula darah. Hasil pengukuran kedua alat difitting linear dengan software Microsoft
excel 2013 sehingga dapat diperoleh persamaan hubungan nilai tegangan dengan
kadar gula darah. Persamaan tersebut kemudian digunakan di dalam program yang
akan diunduh ke dalam mikrokontroler sehingga alat rancangan dapat menampilkan
keluaran yang berupa kadar gula darah. Sumber cahaya yang digunakan pada alat
adalah LED hijau. Pemilihan LED hijau dikarenakan panjang gelombang LED
hijau mendekati puncak serapan gula darah yaitu 532 nm sedangkan serapan gula
darah yaitu 542 nm.
Alat rancangan yang telah dikalibrasi kemudian diuji kembali untuk melihat
akurasi alat. Pengujian dilakukan terhadap 12 probandus dan membandingkanya
dengan hasil glucometer komersil. Hasil pengukuran menunjukan hasil yang tidak
terlalu jauh dengan glucometer komersil. Dari hasil pengujian didapat rata-rata
ketepatan sebesar 89.96% dan koefisien korelasi (R2) sebesar 0,814
Kata Kunci: BST, CSD, fotodioda, kadar gula darah, Opamp.

iv

SUMMARY
ADE KURNIAWAN. Application of Ba0,5Sr0,5TiO3 Film as Light Sensor on the
Measuring Blood Sugar-Based Optics. Supervised by IRZAMAN and JAJANG
JUANSAH.
Blood sugar measuring instrument based optic has been successfully made
with Barrium strontium titanat (BST) as its sensor. BST films made using Chemical
Solution deposition (CSD) method by reacting Barium Acetate, Strontium Acetate
and Titanium isopropoxide with mole fractions of 0.5; 0.5 and 1 respectively. One
molar of BST solution made with 2.5 ml of 2-methoxyethanol as solvent. The film
was annealing at 850 0C for 29 hours. Furthermore, the film is characterized as a
light sensor.
Absorbance test showed that the BST films sensitive to visible light which in
the range of 475 to 750 nm. The results showed that the absoption of films has three
maximum peaks of wavelength that are 475 nm, 593 nm and 702 nm. Energy gap
(Eg) value obtained with tauc plot method to obtain energy gap of BST films. Eg
thin films was obtained 1.9 eV which indicates that the films has been made is a
semiconductor.
I-V curve shows BST films that has been made are diodes because the shape
of the curve approaching the characteristic of dioede curve. This shows that the
basic principles of the pn junction in the sample work. The film was tested in two

conditions which dark conditions (± 2 lux) and bright (± 452 lux). Tests showed
BST films are sensitive to light so film that has been made is a photodiode. The
I-V test results showed Knee voltage or voltage when the current begins to rise
when forward bias obtained at 0.6 V.
Sensitivity testing of the films is done to see changes in films resistance when
there is a change in light intensity. Testing is done by assembling the BST film
series with a resistor (voltage divider circuit). When testing the film is exposed to
light coming from the LED. LED used are red, green and blue LED with increasing
intensity variation from zero to 100 lux. Testing showed electrical resistance sensor
decreases with increasing intensity of light given. Electrical resistance sensor
decreases with increasing intensity of light given. From graph shows the most
sensitive to blue light due to the most significant change in resistance. Decline in
value resistance at the blue LED is 0.401 KΩ/lux. While the green light
0.051 KΩ/lux and red 0.288 KΩ/lux.
Signal from the BST films is very small. Therefore, it needs to be amplified
with the operating amplifier (OpAmp) circuit. BST films coupLED with a
Wheatstone bridge circuit for signal conditioning, then amplified by the differential
amplifier circuit with gain of 10 times.
the working principle of instruments is to transmit light source to a blood
sample placed on the glass slide. The intensity of the light transmitted by the sample

was later captured by BST film. Absorbance value of light absorbed by the blood
sugar is proportional to the blood glucose concentration in certain solution. The
output voltage captured BST film proportional to the intensity of the transmitted
light. The output voltage value of BST films is calculated to obtain a blood sugar
performed by Atmega328P microcontroller. instrument prototypes that has been

v

made calibrated with commercial glucometer (brand Easytouch) by way of fitted
linear of the natural logarithm ratio of incident light (I0) and transmission light (I)
with blood sugar levels. Results of both measurement instruments fitted linear with
Microsoft Excel 2013 software so the relationship equation between voltage value
with blood sugar levels can be obtained. The equation and then be used in a program
that is downloaded into the microcontroller so the instruments can display the
output levels of blood sugar. Green LED Selection due to the wavelength closer to
absorption peaks blood sugar wavelength, green LED wavelength is 532 nm and
absorption of blood sugar is 542 nm.
Prototype instrument that has been calibrated then tested again to see the
accuracy of instruments. Tests performed on 12 probandus and compared with the
results of the commercial glucometer. The measurement results show that the

results are not much different from a commercial glucometer. From the test results
obtained an average accuracy of 89.96% and the correlation coefficient (R2) of
0.814.
Key words: blood sugar level, BST, CSD, Opamp, photodiode.

vi

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

PENERAPAN FILM Ba0,5Sr0,5TiO3 SEBAGAI SENSOR
CAHAYA PADA ALAT UKUR GULA DARAH
BERBASIS OPTIK

COVER 2

ADE KURNIAWAN

Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Biofisika

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

vi

Penguji Luar Komisi pada ujian Tesis: Dr. Agus Kartono, M. Si

vii

Judul Tesis: Penerapan Film Ba0,5Sr0,5TiO3 Sebagai Sensor Cahaya pada
Alat Ukur Gula Darah Berbasis Optik
Nama
: Ade Kurniawan
NIM
: G751130021

LEMBAR PENGESAHAN
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing

Dr. Ir. Irzaman, M. Si
Ketua

Dr. Ir. Jajang Juansah, M. Si
Anggota

Diketahui oleh

Ketua Program Studi
Biofisika

Dekan Sekolah Pascasarjana

Dr. Mersi Kurniati, M. Si

Dr. Ir. Dahrul Syah, MScAgr

Tanggal Ujian: 13 Juli 2015

Tanggal Lulus:

viii

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Januari 2014 ini ialah sensor
ferroelektrik dan aplikasinya, dengan judul Penerapan Film Ba0,5Sr0,5TiO3 sebagai
Sensor Cahaya pada Alat Ukur Gula Darah berbasis Optik.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Irzaman, M. Si dan Bapak
Dr. Ir. Jajang Juansah, M. Si selaku pembimbing. Di samping itu, penghargaan
penulis sampaikan kepada Bapak Dr. Agus Kartono selaku penguji luar komisi dan
Bapak/Ibu Dosen yang telah banyak memberi saran. Ungkapan terima kasih juga
disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih
sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Agustus 2015

Ade Kurniawan

ix

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
1. PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan
Rumusan Masalah
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
2. METODE PENELITIAN
Lokasi dan Waktu
Sintesa Film BST
Persiapan substrat
Pembuatan larutan BST
Penumbuhan film
Proses annealing
Pembuatan kontak pada film

Karakterisasi Film BST dan Sumber Cahaya
Uji sifat optik (Absorbansi)
Uji IV
Uji Sensitifitas
Karakterisasi sumber cahaya

Perancangan Alat.
Pembuatan rangkaian penguat Sinyal
Pembuatan rangkaian catu daya

x
x
xi
1
1
3
3
3
3
4
4
4
4
5
5
5
5

6
6
6
6
6

6
6
7

Integrasi dan Kalibrasi alat
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Sintesa Film BST
Karakterisasi Film BST dan Sumber Cahaya

7
8
8
9

Uji sifat optik (Absorbansi)
Uji I-V
Uji Sensitifitas
Karakterisasi sumber cahaya

9
10
12
13

Perancangan Alat.
Perancangan Rangkaian penguat sinyal
Pembuatan rangkaian catu daya

Integrasi dan Kalibrasi Alat
4. SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan

13
13
15

16
21
21

x

Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

21
22
25

DAFTAR TABEL
1
2
3

Berat molekul dan massa bahan yang diperlukan untuk membuat larutan
BST 1M sebanyak 2,5 ml.
Hasil pengujian Rangkaian catu daya.
Perbandingan hasil pengukuran kadar gula darah alat hasil rancangan
dengan glucometer standar easytouch

8
16
20

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

Spektrum absorpsi gula darah dengan konsentrasi (1) 0, (2) 0.5 dan
(3) 1 g/ml (Bashkatov. 2005)
Diagram alir pembuatan film BST.
(a) Jembatan wheatstone (b) Rangkaian penguat diferensial
Proses annealing
(a) Model film BST (b) Film BST yang telah dibuat
Kurva absorbansi film BST
Energi gap film BST
Sambungan p-n pada fotodioda BST
Kurva IV film BST pada kondisi terang dan gelap
Rangkaian pembagi tegangan
Sensitifitas film BST
Spektrum panjang gelombang cahaya LED
Rangkaian penguat film BST
Hasil pengujian rangkaian penguat film BST
Rangkaian catu daya.
Ilustrasi prinsip kerja alat
Grafik hubungan logaritma natural rasio V0 dan V dengan kadar gula
darah.
Alat rancangan (a) Probe sensor (b) Unit utama.
Diagram blok alat rancangan
Grafik hubungan kadar gula darah glucometer komersil dengan alat
rancangan

2
4
6
8
9
9
10
11
11
12
12
13
14
15
15
16
17
19
19
20

xi

DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7

Absorbansi dan energi gap film BST
Uji I-V film BST
Hambatan film BST terhadap perubahan intensitas cahaya LED
Data Uji Opamp
Data pengukuran konsentrasi gula darah pada probandus
List program
Dokumentasi alat

25
30
31
32
33
34
36

xii

1 PENDAHULUAN

Latar Belakang
Secara global 4,6 juta kasus kematian terjadi setiap tahunnya akibat
diabetes. Anak-anak dan remaja meninggal karena kekurangan insulin tanpa pernah
didiagnosa. Diabetes mellitus (DM) berada di peringkat 10 besar penyebab
kecacatan di seluruh dunia dan merusak produktivitas dan pembangunan manusia.
Jika tidak ada tindakan yang diambil, jumlah penderita diabetes diperkirakan akan
meningkat menjadi lebih dari 371 juta di 2012 dan terus meningkat 552 juta pada
tahun 2030, atau satu orang dalam sepuluh terkena diabetes (IDF. 2012).
Penyakit DM ditandai dengan peningkatan kadar gula dalam darah sebagai
akibat adanya gangguan sistem metabolisme dalam tubuh, dimana organ pankreas
tidak mampu memproduksi hormon insulin sesuai kebutuhan tubuh. DM dapat
diklasifikasikan menjadi dua tipe utama, yaitu: DM tipe 1 atau Insulin Dependent
Diabetes Mellitus (IDDM) dan DM tipe 2 atau Non-Insulin Dependent Diabetes
Mellitus (NIDDM). DM tipe 1 disebabkan karena hilangnya sel beta penghasil
insulin pada pulau-pulau Langerhans pankreas (Jensen 2007). Sedangkan DM tipe
2 disebabkan karena hormon insulin dalam tubuh tidak dapat berfungsi dengan
semestinya sehingga hanya sedikit glukosa yang berhasil masuk sel. Akibatnya, sel
mengalami kekurangan glukosa, di sisi lain glukosa menumpuk dalam darah.
Sampai saat ini, DM tipe 1 hanya dapat diobati dengan pemberian terapi insulin
yang dilakukan secara terus menerus berkesinambungan sehingga sehingga perlu
diperiksa kadar gula darahnya setiap waktu.
Mengingat jumlah penderita diabetes yang semakin besar maka dibutuhkan
alat pendeteksi alat pengukur kadar gula darah yang akurat, cepat dan praktis untuk
deteksi dini gejala diabetes. Saat ini alat yang umum digunakan untuk mengukur
kadar gula darah adalah glucometer berbasis sensor kimia dengan enzim glucose
oxidase sebagai bahan aktifnya. Para pasien diabetes umumnya menggunakan alat
glucometer dengan sampel darah yaitu dengan cara mengeluarkan darah setelah jari
ditusuk dengan jarum. Sampel kemudian ditempelkan pada strip dan dimasukan
kedalam alat glucometer untuk dianalisis konsentrasi gula darahnya (Satria. 2013).
Strip gula darah dan jarum lancet hanya bisa dipakai sekali sehingga tidak ekonomis
jika dipandang dari segi biaya. Selain itu sensor kimia pada strip gula darah juga
memerlukan waktu yang relatif lama dalam menganalisa kadar gula darah. Atas
alasan inilah saat ini banyak penelitian yang mencari alternatif pengukuran gula
darah secara cepat, tepat dan akurat serta ekonomis.
Di sisi lain perkembangan material sensor semakin pesat. Salah satu
material yang menjanjikan sebagai sensor adalah Barium Strontium Titanat (BST)
(Irzaman et al. 2013). Irzaman (2008) menjelaskan bahan ferroelektrik film BST
dapat digunakan untuk aplikasi sensor cahaya yang kemudian dapat dikembangkan
menjadi sel surya. Film BST merupakan material ferroelektric yang peka terhadap
perubahan intensitas cahaya (Iskandar et al, 2015). Film BST juga memiliki sifat
piroelectric dan dapat diaplikasikan sebagai sensor suhu (Kurniawan et al. 2015).
Nilai konduktivitas listrik suatu bahan material menunjukkan material tersebut
bersifat isolator, semikonduktor, atau konduktor. Iskandar (2011) memaparkan

2

Gambar 1. Spektrum absorpsi gula darah dengan konsentrasi (1) 0, (2) 0.5 dan
(3) 1 g/ml (Bashkatov. 2005)
annealing. Meningkatnya nilai konduktivitas listrik disebabkan oleh ketebalan film
yang semakin besar seiring lamanya waktu annealing (Iskandar, 2011). Oleh karena
itu film BST memiliki potensi yang tinggi untuk diaplikasikan pada berbagai
instrument.
Ada beberapa teknik dalam pembuatan film BST seperti Sol-Gel oleh
Verma et al. (2012), N. V. Giridharan et al. (2001), Chen et al. (2011), F. Wang et
al. (1998). Pulsed Laser Ablation Deposition (PLAD) oleh S. Kim et al. (1999) dan
Zhu et al. (2005). Atomic Layer Deposition (ALD) oleh Tyunina (2008); Metal
Organic Decomposition (MOD) oleh Suherman (2009). Metalorganic Chemical
Vapor Deposition (MOCVD) oleh E. S. Choi et al. (1999), S. Momose et al. (2000),
Gao et al. (2000). Chemical Vapor Deposition oleh Auciello et al. (1999). RF
sputtering oleh M. Izuha et al.(1997) dan J.S. Lee et al. (1999). dan Chemical
Solution Deposition (CSD) oleh Irzaman et al. (2009, 2011, 2013). Metode CSD
merupakan cara pembuatan film tipis dengan pendeposisian larutan bahan kimia di
atas substrat, kemudian dipreparasi dengan spin coating pada kecepatan putar
tertentu. Keunggulan dari metode CSD adalah dapat mengontrol stokiometri film
dengan kualitas yang baik, prosedur yang mudah dan membutuhkan biaya yang
relatif murah.
Irzaman et al. (2009) menjelaskan bahwa jika pada material ferroelektrik
dikenakan medan listrik, maka atom-atom tertentu mengalami pergeseran dan
menimbulkan momen dipol listrik, sehingga dengan adanya momen dipol ini dapat
mengakibatkan terjadinya polarisasi. Menurut Seo dan Park (2004) material
ferroelektrik merupakan kelompok material yang dapat terpolarisasi listrik secara
internal pada rentang suhu tertentu, yang mana polarisasi terjadi sebagai akibat
adanya medan listrik dari luar dan simetri pada struktur kristalografi di dalam sel
satuan.
Hasil penelitian memungkinkan kadar gula darah diukur melalui sifat optik
bahan (Sia. 2010). Menurut Bashkatov (2005) serapan gelombang elektromagnetik
gula darah maksimum pada panjang gelombang 415 nm, 542 nm, dan 575 nm
(Gambar 1). Panjang gelombang serapan gula darah berada pada rentang serapan
film BST (Syafutra. 2010). Hal ini memungkinkan film BST untuk diaplikasikan
pada alat ukur gula darah berbasis optik. Dari penelitian ini diharapkan

3

menghasilkan glucometer berbasis optik yang akurat dengan harga yang relatif
murah.

Tujuan
Membuat dan menerapkan film Ba0.5Sr0.5TiO3 sebagai sensor cahaya dan
mengaplikasikannya pada prototipe alat pengukur kadar gula darah berbasis optik.
Rumusan Masalah
1. Apakah persambungan Si tipe-p (anoda) dengan BST (katoda) bersifat
dioda?
2. Apakah film BST dapat dimanfaatkan sebagai sensor cahaya?
3. Apakah kadar gula dalam darah dapat diukur dengan menggunakan sifat
optik bahan?
4. Apakah film BST dapat digunakan sebagai sensor pada alat ukur gula
darah?
Manfaat Penelitian
Penelitian diharapkan menjadi landasan awal untuk pembuatan alat ukur
gula darah berbasis optik dengan film BST sebagai sensornya dan dapat diterapkan
di lingkungan masyarakat.

Ruang Lingkup Penelitian
1. Pada penelitian, film BST dibuat menggunakan metode CSD dengan suhu
annealing 850 oC dan waktu penahanan 29 jam.
2. Karakterisasi film BST sebagai sensor cahaya dengan menggunakan uji IV,
absorbansi dan uji sensitifitas film.
3. Penerapan film BST sebagai sensor cahaya pada alat ukur gula darah
berbasiskan mikrokontroler.

2 METODE PENELITIAN
Lokasi dan Waktu
Penelitian dilakukan pada bulan Januari 2014 sampai dengan bulan Juni
2015 di Laboratorium Fisika Material dan Elektronika serta Laboratorium
Elektronika Dasar, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam, Institut Pertanian Bogor. Dan Laboratorium Fisika Material dan Elektronika
serta Laboratorium Elektronika Dasar, Departemen Fisika, Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung.
Sintesa Film BST
Film BST dibuat dengan metode CSD dengan kelarutan 1M dengan silikon
Si (100) tipe-p sebagai substratnya. Gambar 2 menunjukan diagram alir pembuatan
film BST.
Persiapan substrat
Substrat yang digunakan adalah silikon tipe-p. Substrat dipotong lingkaran
dengan diameter 8 mm. Setelah proses pemotongan, kemudian dilanjutkan dengan

Gambar 2. Diagram alir pembuatan film BST.

5

proses pencucian menggunakan Asam Flurida (HF) 5% yang dicampur aquabides
dengan perbandingan 1 : 5 (volume).
Pembuatan larutan BST
Sintesa film BST menggunakan metode chemical solution deposition
(CSD) Sesuai dengan persamaan (1), film BST dibuat dengan mencampurkan
Barium asetat [Ba (CH3COOH) 2, 99%], Strontium asetat [Sr(CH3COOH) 2, 99%]
dan Titanium isopropoksida [Ti(C12O4H28), 99%] yang diperoleh dari Sigma
Aldrich. Ketiga bahan dilarutkan dengan 2,5 ml 2-metoksietanol untuk
mendapatkan 1 M larutan. Larutan kemudian dicampur dengan pengaduk ultrasonik
model Branson 2210 selama 90 menit.
,5Ba(CH3COO)2

+

0,5Sr(CH3COO)2 +

Ti(C12H28O4) +

→ Ba0,5Sr0,5TiO3 + 17H2O + 16CO2

22O2

(1)

Penumbuhan film
Proses penumbuhan film dilakukan dengan metode spin coating, dimana
substrat silikon tipe-p yang telah dicuci sebelumnya diletakkan di atas piringan
reaktor spin coater yang delekatkan dengan double tape. Kemudian 1/3 permukaan
substrat silikon tipe-p yang telah ditempelkan pada permukaan piringan spin coater
ditutupi dengan merekatkan seal tape dengan tujuan agar tidak semua permukaan
substrat silikon tipe-p terlapisi atau tertutupi oleh larutan BST.
Substrat yang telah ditempatkan di atas piringan spin coater ditetesi larutan
BST menggunakan pipet mikro dengan sekali penetesan sebanyak 20 µl, kemudian
reaktor spin coating diputar dengan kecepatan 3000 rpm selama 30 detik. Proses
penetesan dilakukan sebanyak 3 kali dengan jeda setiap ulangan adalah 60 detik
(Hamdani et al. (2009), Seo et al. (2004).
Proses annealing
Annealing dilakukan dengan menggunakan furnace model VulcanTM-3-130
dan dilakukan secara bertahap. Pemanasan dimulai dari suhu ruang kemudian
dinaikkan hingga suhu annealing yang diinginkan yaitu sebesar 850 °C dengan
kenaikan suhu pemanasan 1,67 °C/menit, kemudian suhu annealing ditahan
konstan hingga 29 jam. Selanjutnya dilakukan furnace cooling sampai didapatkan
kembali suhu ruang.
Pembuatan kontak pada film
Pembuatan kontak pada film bertujuan untuk tempat pemasangan kabel
pada film. Kontak dibuat dengan bahan aluminium dengan metode metal oxide
chemical vapor deposition (MOCVD). Kontak dibuat dengan ukuran 2x2 mm
sebanyak dua buah pada bagian film BST dan substrat silicon. Proses selanjutnya
yaitu pemasangan kabel pada kontak. Pemasangan kabel menggunakan pasta perak
sebagai pelekat antara kabel dan kontak aluminium.

6

Karakterisasi Film BST dan Sumber Cahaya
Film BST yang telah dibuat dikarakterisasi untuk melihat sifat optik dan
listriknya. Pengujian yang dilakukan meliputi uji absorbansi, I-V dan uji sensitifitas
film.
Uji sifat optik (Absorbansi)
Uji absorbansi dilakukan untuk melihat selektifitas rentang panjang
gelombang yang diserap dan energi gap film. Uji absorbansi dilakukan dengan
spektrofotometer Ocean Optics 4000 dengan Sumber cahaya yang digunakan
adalah cahaya tampak dengan rentang pengujian dari 475 nm hingga 750 nm.
Energy gap diperoleh dengan mengolah data absorbansi yang telah diperoleh
dengan metode touc plot.
Uji IV
Uji I-V untuk melihat kurva arus-tegangan film dan sensitifitasnya pada
cahaya. Uji I-V dilakukan dengan alat I-V meter Keithley 2400 dengan rentang
tegangan sumber -10 V hingga 10 V.
Uji Sensitifitas
Uji sensitifitas dilakukan untuk melihat sensitifitas film yaitu perubahan
hambatan film BST saat diberi perubahan intensitas cahaya. Pengujian dengan
dilakukan dengan rangkaian pembagi tegangan yaitu dengan merangkai seri film
BST dengan sebuah resistor. Film BST diberi paparan cahaya yang berasal dari
LED dengan intensitas dari 0 hingga 100 lux. LED yang digunakan adalah LED
merah, hijau dan biru.
Karakterisasi sumber cahaya
Sumber cahaya yang digunakan pada penelitian ini adalah LED. Pengujian
dilakukan menggunakan spektrofotometer Ocean Optics 4000 untuk mengetahui
panjang gelombang optimal yang dipancarkan oleh LED.
Perancangan Alat.
Pembuatan rangkaian penguat Sinyal
Sinyal dari film BST sangat lemah. Oleh karena itu perlu diperkuat dengan
rangkaian penguat OpAmp. Film BST dirangkai dengan rangkaian jembatan
wheatstone (Gambar 3.a) sebagai pengkondisian sinyal, kemudian diperkuat oleh
rangkaian penguat differensial (Gambar 3.b) untuk memperkuat sinyal masukan.

(a)

(b)

Gambar 3. (a) Jembatan wheatstone (b) Rangkaian penguat diferensial

7

Rangkaian penguat menggunakan IC OpAmp TL072CN. Sinyal tegangan film BST
yang telah diperkuat kemudian diinputkan pada ADC mikrokontroler Atmega328P
sebagai pengolah sinyal.
Pembuatan rangkaian catu daya
Sumber tegangan yang digunakan adalah sebuah baterai dengan tegangan
9 V. Tegangan suplai untuk mikrokontroler, LCD dan komponen lainnya pada alat
membutuhkan tegangan 5 V sehingga diperlukan rangkaian catu daya. Rangkaian
catu daya menggunakan IC regulator LM7805 sebagai pemotong tegangan menjadi
tegangan stabil dan konstan 5 V.
Integrasi dan Kalibrasi alat
Alat rancangan yang dibuat diintegrasikan dengan film BST sebagai
sensornya. Proses selanjutnya yaitu pengambilan data sampel dengan
menggunakan alat rancangan yang telah dibuat dan glucometer komersil merk
Easytouch. Data tegangan dari alat kemudian dikalibrasi dengan data gula darah
glucometer komersil menggunakan plotting linear dengan software Microsoft excel
2013. Pemrograman pada mikrokontroler menggunakan Bahasa C dengan Arduino
IDE 1.5.5 sebagai downloader.

3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Sintesa Film BST
Telah berhasil dibuat film BST sebagai sensor cahaya. Film BST dibuat
dengan metode CSD yaitu dengan mereaksikan Barium Asetat, Stronsium Asetat
dan Titanium Isopropoksida dengan fraksi mol masing-masing 0,5; 0,5 dan 1.
Larutan yang dibuat adalah satu molar dengan pelarut 2-metoksietanol sebanyak
2,5 ml. Dengan perhitungan stokiometri didapat massa masing-masing bahan.
Tabel 1 menunjukan berat molekul dan massa bahan yang diperlukan untuk
membuat larutan BST 1M sebanyak 2,5 ml.
Proses selanjutnya adalah annealing. Proses annealing bertujuan untuk
mendifusikan larutan BST dengan substrat. Pemanasan dimulai dari suhu ruang
27 0C kemudian dinaikkan hingga suhu annealing yang diinginkan yaitu sebesar
850 0C dengan kenaikan suhu pemanasan 1,67 0C/menit, kemudian suhu annealing
ditahan konstan hingga 29 jam. Proses annealing ditunjukkan pada Gambar 4.
Tabel 1. Berat molekul dan massa bahan yang diperlukan untuk membuat
larutan BST 1M sebanyak 2,5 ml.
Nama Bahan

Rumus Kimia

Fraksi Mol

Massa
Molekul
(gr/mol)

Massa Bahan
Terlarut (gr)

Barium Asetat

Ba(CH3COO)2

0,5

255,4110

0,3193

Stronsium Asetat

Sr(CH3COO)2

0,5

205,7080

0,2571

Titanium Isopropoksida

Ti(C12H28O4)

1

284,2153

0,7105

Gambar 4. Proses annealing

9

(a)

(b)

Gambar 5. (a) Model film BST (b) Film BST yang telah dibuat
Film yang telah diannealing selanjutnya dipasang kabel pada kontak.
Fungsi kabel disini yaitu untuk memudahkan uji sifat listrik dan untuk aplikasi alat
ukur gula darah selanjutnya. Pemasangan kabel menggunakan pasta perak sebagai
pelekat antara kabel dan kontak aluminium. Model film BST ditunjukkan pada
Gambar 5(a) dan Gambar 5(b) adalah film BST yang telah dibuat.
Karakterisasi Film BST dan Sumber Cahaya
Uji sifat optik (Absorbansi)
Uji absorbansi film BST (Gambar 6) menunjukan bahwa film BST peka
terhadap cahaya tampak yaitu pada rentang 475 hingga 750 nm Pengujian film
menunjukan absorbansi film maksimum pada tiga puncak panjang gelombang yaitu
475 nm, 593 nm dan 702 nm.

Absorbansi (a.u)

1.28

1.26

1.24

1.22
450

500

550

600

650

700

Panjang Gelombang (nm)
Gambar 6. Kurva absorbansi film BST

750

10

5E+13
4.5E+13

αhv1/2

4E+13
3.5E+13
3E+13
2.5E+13
2E+13
1.5E+13
1.5

1.7

1.9

2.1

2.3

2.5

2.7

hv
Gambar 7. Energi gap film BST
Data yang diperoleh dari hasil pengukuran ini selanjutnya diolah untuk
mendapatkan energy gap film BST. Energy gap adalah besarnya energy diantara
pita valensi dan pita konduksi. Absorpsi di dalam film terjadi melalui eksitasi
elektron dari keadaan-keadaan terisi atau valensi ke keadaan-keadaan kosong
(konduksi). Nilai koefisien Absorbansi merupakan fungsi dari panjang gelombang
dan fungsi energi foton yang dituliskan dalam bentuk persamaan (2):
αhv = A(hv-EG)m

(2)

Dimana A adalah sebuah konstanta, hv merupakan energi foton nilai m bisa
½ untuk transisi langsung dan 2 untuk transisi tidak langsung dan EG adalah celah
pita optic. Energi gap diperoleh dengan metode tauc plot, yaitu plotting hubungan
antara (αhv)1/n terhadap hv (Tauc, 1968). Ekstrapolasi dilakukan pada kurva yang
memiliki gradien tertinggi dan memotong sumbu hv, nilai yang memotong sumbu
hv adalah energi gap (Irzaman et al, 2013). Gambar 7 menunjukkan hubungan
(αhv)1/2 sebagai fungsi hv. Nilai EG diperoleh dengan melakukan ekstrapolasi pada
sumbu hv sehingga diperoleh energy gap film BST didapatkan sebesar 1,9 eV yang
menunjukan bahwa film yang dibuat merupakan semikonduktor.
Uji I-V
Uji I-V dilakukan untuk melihat hubungan arus-tegangan pada film BST.
Film BST yang dibuat merupakan persambungan antara dua buah semikonduktor
yaitu semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Substrat silikon yang digunakan merupakan
semikonduktor tipe-p, sedangkan larutan BST yang ditumbuhkan di atas substrat
merupakan semikonduktor tipe-n. Penyambungan ini dilakukan saat penumbuhan
kristal yaitu pada saat proses annealing. Secara skematis dioda sambungan p-n
ditunjukkan pada Gambar 8. Persambungan tipe-p dan tipe-n dikenal dengan istilah
p-n junction.

11

Si tipe-p
(anoda)

BST
(katoda)

Gambar 8. Sambungan p-n pada fotodioda BST

300.00

200.00

Arus (µA)

100.00

-10.00

-5.00

0.00
0.00

5.00

10.00

-100.00

-200.00

Gelap
Terang

-300.00

Tegangan (V)

Gambar 9. Kurva I-V film BST pada kondisi terang dan gelap
Gambar 9 merupakan hasil pengujian I-V. Pengujian dilakukan pada
rentang -10 V (bias mundur) hingga 10 V (bias maju). Pola kurva I-V menunjukan
film BST yang dibuat adalah dioda karena bentuk kurva mendekati karakteristik
kurva dioda. Hal ini menunjukan bahwa prinsip dasar persambungan p-n pada
sampel bekerja. Untuk melihat sensitifitas film pada cahaya film diuji pada dua
kondisi, yaitu kondisi gelap (± 2 lux) dan terang (± 452 lux). Pengujian menunjukan
film BST sensitif terhadap cahaya sehingga film yang dibuat merupakan fotodioda.
Hal ini ditunjukan dengan adanya pergeseran kurva ketika diuji pada kondisi terang
dan gelap. Dari grafik terlihat arus pada kondisi gelap lebih kecil dibandingkan pada
kondisi terang, hal ini terjadi karena hambatan film lebih besar pada kondisi gelap
sebaliknya pada kondisi terang hambatan film semakin kecil. Hal ini disebabkan
karena pada saat film diberi energi berupa cahaya, elektron terlepas dari pita valensi
ke pita konduksi sehingga menambah pembawa muatan dan meningkatkan
konduktifitas listrik (Kurniawan et al. 2015). Hasil pengujian I-V menunjukan Knee
Voltage atau tegangan pada saat arus mulai naik saat dibias maju didapat sebesar
0,6 V.

12

Uji Sensitifitas
Uji sensitifitas film dilakukan untuk melihat perubahan hambatan film
ketika terjadi perubahan intensitas cahaya. Pengujian dilakukan dengan merangkai
seri film BST dengan sebuah resistor (rangkaian pembagi tegangan)(Gambar 10).
Besarnya hambatan film BST dapat dicari menggunakan persamaan (3). Dimana
nilai R yang digunakan adalah 100 KΩ dan tegangan sumber 5 V. Dengan
mengukur nilai Vout maka besar hambata film BST dapat diperoleh.
�

=

�

�+��

�

(3)

��

Saat pengujian film BST diberi paparan cahaya yang berasal dari LED. LED
yang digunakan adalah LED merah, hijau dan biru dengan variasi intensitas
meningkat dari nol hingga 100 lux. Uji sensitifitas (Gambar 11) menunjukan
hambatan listrik film berkurang dengan bertambahnya intensitas cahaya yang
diberikan. Dari grafik terlihat kurva memiliki linearitas yang tinggi dengan
koefisien korelasi (R2) yang besar yaitu 0,9129 untuk LED merah, 0,9862 untuk
LED

Hambatan Film BST (KΩ)

Gambar 10. Rangkaian pembagi tegangan

y = -0.0511x + 177.27
R² = 0.9129

180

y = -0.2879x + 178.39 LED Merah
R² = 0.9862

160

LED Hijau
140

LED Biru
y = -0.401x + 173.5
R² = 0.9899

120
0

20

40

60

Intensitas (lux)

80

Gambar 11. Sensitifitas film BST

100

13

hijau dan 0,9899 untuk LED biru sehingga film memiliki karakteristik yang baik
untuk dijadikan sensor cahaya. Dari grafik terlihat film BST paling sensitif terhadap
cahaya biru dengan perubahan hambatan yang paling signifikan. Penurunan
hambatan pada LED biru sebesar 0,401 KΩ/lux. Sedangkan cahaya hijau
0,051 KΩ /lux dan merah 0,288 KΩ/lux.
Karakterisasi sumber cahaya
Menurut Bashkatov (2005) serapan gelombang elektromagnetik gula darah
maksimum pada panjang gelombang 415 nm, 542 nm, dan 575 nm. Pengujian
panjang gelombang LED bertujuan untuk pemilihan LED yang sesuai panjang
gelombangnya dengan serapan gula darah. Gambar 12 menunjukan hasil pengujian
nilai puncak panjang gelombang cahaya LED komersil. Puncak panjang gelombang
untuk LED inframerah, merah, kuning hijau dan biru berturut-turut adalah 986 nm,
685 nm, 592 nm, 532 nm dan 450 nm. Dari data terlihat LED hijau memiliki
panjang gelombang yang terdekat dengan serapan gula darah yaitu 532 nm
sedangkan gula darah pada 542 nm. Oleh karena itu sumber cahaya yang digunakan
pada alat rancangan adalah LED hijau.

Perancangan Alat.
Perancangan Rangkaian penguat sinyal
Sinyal dari film BST sangat lemah. Oleh karena itu perlu diperkuat dengan
rangkaian penguat OpAmp. Film BST dirangkai dengan rangkaian jembatan
wheatstone untuk pengkondisian sinyal, kemudian diperkuat oleh rangkaian
penguat differensial (Gambar 2). Rangkaian penguat diferensial adalah rangkaian
penguat yang membandingkan dua masukan yaitu V1 dan V2. Rangkaian penguat
ini dibangun dengan sebuah IC OpAmp TL072CN.

Gambar 12. Spektrum panjang gelombang cahaya LED

14

Gambar 13. Rangkaian penguat film BST
Penguatan atau gain pada rangkaian penguat differensial dapat dihitung
dengan persamaan 4 dan 5. Dengan nilai R4, R5, Rg dan Rf berturut-turut adalah
100 KΩ, 100 KΩ, 1 MΩ dan 1 MΩ. Dari hasil perhitungan, penguatan teoritis pada
rangkaian opamp diperoleh sebesar 10 kali. Gambar 14 adalah hasil pengujian
rangkaian penguat. Rangkaian penguat diuji dengan memasukan tegangan input
dan diukur tegangan outputnya. Terlihat besarnya tegangan keluaran mendekati
nilai tegangan teoritis. Tegangan keluaran aktual selalu lebih kecil dari tegangan
sumber. Rangkaian penguat rancangan menggunakan tegangan sumber sebesar 5
V. Tegangan keluaran maksimum pada kisaran 3,42 V, hal ini karena keterbatasan
kemampuan IC dalam penguatan.
�

= −�

�

=

�

�

+ � (�

�

+�

)

� +�
�

(4)

Jika R4 = R5 dan Rf = Rg maka persamaan 4 dapat disederhanakan menjadi:
�

�

� −�

Nilai Penguatan opamp (gain):
���� =
=

=

=

=

�
��

�
� −�
��
�4

�
�
��

(5)

15

4500
4000

Voutput (mV)

3500
3000
2500
2000
1500
Vout Aktual

1000

Vout Teoritis

500
0
0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Vinput (mV)

Gambar 14. Hasil pengujian rangkaian penguat film BST
Pembuatan rangkaian catu daya
Rangkaian catu daya berfungsi untuk mensuplai tegangan pada rangkaian
mikrokontroler, LCD, rangkaian penguat dan sensor cahaya BST. Rangkaian
dibangun dengan sebuah IC regulator LM7805 dan dua buah kapasitor. Gambar 15
menunjukan rangkaian catu daya yang dibuat. IC LM7805 berfungsi untuk
memotong dan menstabilkan tegangan masukan menjadi tegangan konstan 5 V.
sedangkan kapasitor berfungsi untuk menstabilkan tegangan masukan dan
keluaran. Tabel 2 merupakan hasil pengujian rangkaian catu daya. Pengujian
dilakukan dengan memberikan tegangan masukan dari 0 hingga 12,53 V dan diukur
tegangan keluarannya. Tegangan masukan di atas 6,86 V memiliki tegangan
keluaran yang konstan 5 V sedangkan dibawah itu sudah tidak lagi konstan. Hal ini
disebabkan karena IC LM7805 memiliki tegangan masukan minimum, dalam kasus
ini tegangan minimum IC sebesar 6,86 V. Sumber tegangan pada alat rancangan
adalah baterai 9 V.

Gambar 15. Rangkaian catu daya.

16

Tabel 2. Hasil pengujian Rangkaian catu daya.
Tegangan
Masukan (V)
0,78
1,31
2,69
4,50
5,36
5,76
6,86
7,97
9,24
12,53

Tegangan
Keluaran (V)
0
0
0
1,52
4,39
4,71
4,96
4,97
5,00
5,00

Integrasi dan Kalibrasi Alat
Film BST yang telah dibuat diintegrasikan dengan alat rancangan. Cara
kerja alat adalah dengan melewakan cahaya sumber ke sampel darah yang diletakan
di atas kaca preparat (Gambar 16). Intensitas cahaya yang ditransmisikan
oleh sampel kemudian ditangkap oleh film BST. Nilai tegangan keluaran dari film
BST diolah untuk memperoleh kadar gula darah yang dilakukan oleh
mikrokontroler ATmega328P. Sumber cahaya yang digunakan pada alat adalah
LED hijau. Pemilihan LED hijau dikarenakan panjang gelombang LED hijau
mendekati puncak serapan gula darah yaitu 532 nm sedangkan serapan gula darah
yaitu 542 nm.
Prinsip kerja alat berdasarkan Hukum Beer-Lambert. Hukum Beer-Lambert
menyatakan bahwa nilai absorbansi cahaya yang diserap oleh suatu materi akan
sebanding dengan konsentrasi materi tersebut dalam larutan tertentu. Persamaan
hukum Beer-Lambert dituliskan pada persamaan 6 dan 7.

Gambar 16. Ilustrasi prinsip kerja alat

17

�= �

dimana

�

� = − ln

(6)

�0
�

= −� �

(7)

Dimana A adalah absorbansi bahan yang bergantung pada koefisien
absorbansi bahan (α), ketebalan sampel (d) dan konsentrasi sampel (c). Pada saat
pengukuran, mikrokontroler mengambil 100 data tegangan pada analog to digital
converter (ADC) internal mikrokontroler dengan mengasumsikan tegangan
masukan ADC berbanding lurus dengan intensitas. Pengambilan data dilakukan dua
kali yaitu pada saat probe tanpa sampel (I0) sebagai data kontrol dan saat dengan
sampel (I), data adc yang diperoleh selanjutnya dirata-ratakan.
Gambar 17 menunjukan hubungan kadar gula darah terhadap logaritma
natural rasio I0 dan I yang didapat dari glucometer komersil. Sesuai dengan hukum
Beer Lambert konsentrasi gula darah sebanding dengan negatif logaritma natural
rasio I0 dan I. Semakin tinggi konsentrasi gula darah, maka nilai absorbansi akan
semakin tinggi dan intensitas yang keluar akan semakin kecil.
Alat rancangan yang telah dibuat dikalibrasi dengan glucometer komersil
dengan cara fitting linear logaritma natural rasio I0 dan I terhadap kadar gula darah.
Hasil pengukuran kedua alat difitting linear dengan software Microsoft excel 2013
sehingga dapat diperoleh persamaan nilai tegangan dengan kadar gula darah.
Persamaan tersebut kemudian digunakan di dalam program yang akan diunduh ke
dalam mikrokontroler sehingga alat rancangan dapat menampilkan keluaran yang
berupa kadar gula darah. Berdasarkan grafik yang ditunjukkan oleh Gambar 17,
hubungan antara nilai tegangan masukan dengan kadar gula darah dapat didekati
0.25

-ln(Vout/Vin)

0.2
0.15
0.1

y = 0.0019x - 0.0222
R² = 0.814

0.05
0
0

20

40

60

80

100

120

140

Kadar Gula Darah (mg/dl)
Gambar 17. Grafik hubungan logaritma natural rasio V0 dan V dengan kadar gula
darah.

18

dengan persamaan 8 dengan koefisien korelasi R² yang cukup tinggi yaitu sebesar
0.814, sehingga persamaan 8 dapat diterapkan pada program alat rancangan untuk
menentukan kadar gula darah.
y = 0.0019x - 0.0222

(8)

x = 431.39y + 24.157

(9)

atau

dimana

�

y = -ln( �

�

x = Kadar gula darah (mg/dl).
Sehingga didapat
�

Kadar gula darah = 431.39.-ln( �

�

+ 24.157

Alat rancangan terdiri atas dua bagian utama. Bagian pertama adalah probe
sensor (gambar 18(a)) untuk meletakan sampel dan unit utama (gambar 18(b))
sebagai penampil kadar gula darah. Didalam probe sensor terdapat film BST. Sinyal
tegangan dari film dikondisikan oleh jembatan wheatstone kemudian diperkuat
dengan rangkaian penguat. Untuk menghindari noise ketika mengirimkan sinyal
tegangan dari probe ke unit utama, maka sinyal tegangan analog yang telah
diperkuat dikonversi terlebih dahulu menjadi sinyal digital oleh mikrokontroler
ATMega8 yang berada pada probe. Sinyal digital dikirimkan ke mikrokontroler
utama ATMega328 yang berada diunit utama menggunakan komunikasi serial.
Sinyal yang diperoleh kemudian diolah dengan persamaan 8 dan didapat kadar gula
darah. Gambar 19 menunjukan diagram blok alat rancangan secara umum.

(a)

19

(b)
Gambar 18. Alat rancangan (a) Probe sensor (b) Unit utama.

Gambar 19. Diagram blok alat rancangan
Alat rancangan yang telah dikalibrasi kemudian diuji kembali untuk melihat
akurasi alat. Pengujian dilakukan terhadap lima probandus dan membandingkanya
dengan hasil glucometer komersil. Tabel 3 menunjukan hasil pengujian dengan
menggunakan alat rancangan dan glucometer komersil. Hasil pengukuran
menunjukan hasil yang tidak terlalu jauh dengan glucometer komersil. Dari hasil
pengujian didapat rata-rata ketepatan sebesar 89.96%. Gambar 20 grafik hubungan
kadar gula darah glucometer komersil terhadap alat rancangan. Dari grafik didapat
korelasi (R2) sedang yaitu sebesar 0,6809.

20

Tabel 3. Perbandingan hasil pengukuran kadar gula darah alat hasil rancangan
dengan glucometer standar easytouch
Ulangan
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Hasil Prototipe
(mg/dl)
124.43
81.26
102.5
105.21
102.67
90.37
110.2
92.76
63.56
126.55
85.76
98.45

Hasil Glucometer
(mg/dl)
110
84
115
98
120
85
105
87
54
107
77
105

Ketepatan (%)
86.88
96.74
89.13
92.64
85.56
93.68
95.05
93.38
82.30
81.73
88.62
93.76

Kadar Gula darah
Glucometer Komersil (mg/dl)

130
120
110
100

R² = 0.6809

90
80
70
60
50
40
40

60

80
100
Kadar Gula Darah
Alat Rancangan (mg/dl)

120

140

Gambar 20. Grafik hubungan kadar gula darah glucometer komersil dengan alat
rancangan

4 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Telah berhasil dibuat film BST dengan metode CSD. Film BST yang dibuat
merupakan fotodioda dan dapat digunakan sebagai sensor cahaya karena sensitif
terhadap perubahan intensitas cahaya dengan selektifitas pada rentang cahaya
tampak. Film BST yang dibuat juga berhasil diaplikasikan pada alat ukur kadar gula
darah berbasis optik dengan rata-rata akurasi ketepatan sebesar 89.96%

Saran
Probe yang dibuat perlu diberi pelindung agar cahaya dari luar tidak
mengganggu pembacaan sampel. Selain itu probe juga perlu diberi penahan
preparat agar cahaya sumber tepat mengenai sampel dan sampel yang diuji tidak
bergeser ketika diuji. Data kalibrasi juga perlu ditambah terutama data penderita
hipoglikemia dan hiperglikemia agar mendapat fitting linear yang lebih sesuai dan
menghasilkan akurasi alat yang lebih baik.

DAFTAR PUSTAKA
[IDF] Internasional Diabetes Federation. 2012. IDF diabetes atlas 5th edition
[internet].
[diunduh
20
Desember
2013].
Tersedia
pada:
www.idf.org/sites/default/files/5E_IDFAtlasPoster_2012_EN.pdf.
Auciello, O., Scott, J.F. and Ramesh, R. 1998. The Physics of Ferroelectric
Memories. Physics Today, American Institute of Physics. 51: 22-27.
Bashkatov A. N, Zhestkov D. M, Genina É. A, and Tuchin V. V. 2005. Immersion
clearing of human blood in the visible and near infrared spectral regions.
Optics and Spectroscopy. 98(4): 638–646.
Chen, X., Cai, W., Fu, C., Chen, H. and Zhang, Q. 2011. Synthesis and Morphology
of Ba(Zr0,20Ti0,80)O3 Powder Obtained by Sol-Gel Methode. Jurnal Sol-Gel
Sci Technol. 57: 149-156.
E.S. Choi, J.C. Lee, J.S. Hwang, S.G. Yoon. 1999. Electrical Characteristics of The
Contour Vibration Mode Piezoelectric Transformer with Ring/Dot Electrode
Area Ratio. Jpn. J. Appl. Phys. 38(9B): 5317.
F. Wang, A. Uusimaki, S. Leppavuori, S.F. Karmanenko, A.I. Dedyk, V.I.
Sakharov, I.T. Serenkov. 1998. BST Ferroelectric Film Prepared with SolGel Process and Its Dielectric Performance in Planar Capacitor Structure. J.
Mater. Res. 13(5): 1243.
Gao, Y. & He, S., Alluri, P., Engelhard, M. & Lea, A. S., Finder, J., Melnick, B. &
Hance, R. L. 2000. Effect of Precusors and Substrate Materials on
Microstructure, Dielectric Properties and Step Coveage of (Ba, Sr)TiO3 Films
Grown by Metalorgic Chemical Vapor Deposition. Journal of Applied
Physics. 87: 124-132.
Hamdani A, Komaro M, Irzaman. 2009. Pembuatan sel surya berbasis ferroelektrik
LiTaO3 dengan metode spin coating sebagai pembangkit listrik ramah
lingkungan. Indonesian Science dan Technology Digital Library. PDII-LIPI.
Irzaman. 2008. Studi fotodiode film tipis semikonduktor Ba0,6Sr0,4TiO3 didadah
tantalum. J. Sains Material Indonesia. 10(1): 18-22.
Irzaman, Arif A, Syafutra H, Romzie M. 2009. Studi konduktivitas listrik, kurva IV, dan celah energi fotodioda berbasis film tipis semikonduktor
Ba0,75Sr0,25TiO3 (BST) yang didadah galium (BGST) menggunakan metode
chemical solution deposition (CSD). J.App. Fisika. 5(1): 22-30.
Irzaman, Syafutra H, Darmasetiawan H, Hardhienata H, Erviansyah R, Huriawati
F, Akhiruddin, Hikam M and Arifin P. 2011. Electrical Properties of
Photodiode Ba0.25Sr0.75TiO3 (BST) Thin Film Doped with Ferric Oxide on Ptype Si (100) Substrate using Chemical Solution Deposition Method. Atom
Indonesia. 37(3): 133-138.
Irzaman, H. Syafutra, E. Rancasa, A. W. Nuayi, T. G. N. Rahman, N. A. Nuzulia,
I. Supu, Sugianto, F. Tumimomor, Surianti. 2013. The Effect of Ba/Sr Ratio
on Electrical and Optical Properties of BaxSr(1-x)TiO3 (x=0.25; 0.35; 0.45;
0.55) Thin Film Semiconductor. Ferroelectrics. 445(1): 4-17.
Iskandar J. 2011. Uji Sifat Listrik dan Sifat Struktur Fotodioda Ferroelektrik Film
Barium Stronsium Titanate Ba0,5Sr0,5TiO3 Berdasarkan Perbedaan Waktu

23

Annealing. [Skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam, Institut Pertanian Bogor.
Iskandar J, Syafutra H, Juansah J, Irzaman. 2015. Characterization of Electrical and
Optical Properties on Ferroelectric Photodiode of Barium Stronsium Titanate
(Ba0.5Sr0.5TiO3) Films Based on the Annealing Time Differences and its
Development as light Sensor On Satellite Technology. J Proc Env Sci. 24:
324-328.
J.S. Lee, J.S. Park, J.S. Kim, J.H. Lee, Y.H. Lee, S.R. Hahn. 1999. Preparation of
BST Thin Films with High Pyroelectric Coefficients an Ambient
Temperatures. Jpn. J. Appl. Phys. 38(5B): L574.
Jensen EF. 2007. Modeling and simulation of glukosa-insulin metabolism [tesis].
Kongens Lyngby (DK): Technical University of Denmark
Kurniawan A. 2011. Penerapan Fotodioda Ba0,5Sr0,5TiO3 (BST) Sebagai Detektor
Garis Pada Robot Line Follower Berbasis Mikrokontroler ATMEGA8535.
[Skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut
Pertanian Bogor.
Kurniawan A, Yosman D, Arif A, Juansah J, Irzaman. 2015. Development and
Application of Ba0.5Sr0.5TiO3 (BST) Thin Film as Temperature Sensor for
Satellite Technology. J Proc Env Sci. 24: 335-339.
M. Dahrul, H. Syafutra, A. Arif, Irzaman, M. N. Indro, and Siswadi. 2010.
Synthesis and Characterizations Photodiode Thin Film Barium Strontium
Titanate (BST) Doped Niobium and Iron as Light Sensor. The 4th Asian
Physics Symposium, American Institute of Physics (AIP) Conference. 1325:
43 – 46.
M. Izuha, K. Ade, M. Koike, S. Takeno, N. Fukushima. 1997. Electrical Properties
and Microstructure of Pt/BST/SrRuO3 Capacitors. Appl. Phys. Lett. 70(11):
1405.
N. V. Giridharan, R. Jayavel, P. Ramasamy. 2001. Structural, Morphological and
Electrical Studies on Barium Strontium Titanate Thin Films Prepared by SolGel Technique. Crystal Growth Centre, Anna University, Chennai, India, 36:
65-72.
S. Kim, T.S. Kang, J.H. Je. 1999. Structural Characterization of Laser Alblation
Epitaxial BST Thin Films on MgO (001) by Synchrotron x-Ray Scattering. J.
Mater. Res. 14(7): 2905.
S. Momose, T. Nakamura, K. Tachibana. 2000. Effects of Gas Phase Thermal
Decompositions of Chemical Vapor Deposition Source Moleculeson The
Deposition of BST Films. Jpn. J. Appl. Phys. 39(9B): 5384.
Satria E dan Wildian. 2013. Rancang bangun alat ukur kadar gula darah
noninvasive berbasis mikrokontroler At89s51 dengan mengukur tingkat
kekeruhan spesimen urine menggunakan sensor fotodioda. Jurnal Fisika
Unand. 2(1)
Seo YJ, Park SW. 2004. Chemical mechanical planarization characteristics of
ferroelectric film for FRAM applications. J. of the Korean Phy. Society.
45(3): 769-772.

24

Sia Dino. 2010. Design of a near-infrared device for the study of glucose
concentration measurements. Electrical Engineering Biomedical Capstone.
McMaster University.
Suherman PM et al. 2009. Comparison of structural microstructural and electrical
analyses of barium strontium titanate thin