Nachriebe 601 Electrospinning Manual Edisi Sept 2017

  User Manual Edisi September 2017

NACHRIEBE 601

ELECTROSPINNING

  Halaman A.

  Pendahuluan

  1 B. Standar Keselamatan 2 – 3

  C. Fitur 4 – 11 1. Power Suplai Tegangan Tinggi ...............

  4 2. Syringe Pump ..........................................

  5 3. Kolektor Drum..........................................

  6 4. Pengatur Kelembaban.............................

  7

  5. Sistem kamera pemantau terbentuknya serat (taylor cone) ...................................

  9 D.

  Petunjuk Operasi 12 – 26 1. Prosedur Menghidupkan Alat .................

  12 2. Memasang larutan pada syringe pump ..

  13 3. Memasang kolektor ................................

  14

  4. Pengaturan laju alir (flow rate) syringe pump ......................................................

  15 5. Pengaturan nilai kelembaban relatif ......

  22 6. Pengaturan tegangan high voltage .......

  24 7. Prosedur Mematikan Alat ......................

  26

  Elektrospinning merupakan salah satu teknik untuk memproduksi

nanoserat (nanofiber). Nanoserat hasil elektrospinning memiliki

karakteristik yang unik, seperti luas permukaan yang lebih besar dari

volume, memiliki sifat kimiawi, konduktivitas dan sifat optik tertentu.

Oleh karena itu nanoserat berpotensi untuk diaplikasikan ke berbagai

bidang seperti: filter air, filter udara, obat-obatan, sensor, sel surya dan

masih banyak aplikasi yang dapat diterapkan lainnya.

  Nachriebe 601 ini adalah sistem elektrospinning yang diproduksi

pada tahun 2017 yang telah mengalami penyempurnaan pada

beberapa bagian dari tipe sebelumnya (Nachriebe 600). Salah satu

kelebihan utama dari sistem ini yaitu memiliki pengaturan parameter

lingkungan seperti kelembaban dan suhu yang sangat terjaga. Selain

itu, pada tipe ini juga telah dilakukan penambahan lensa eksternal

pada kamera untuk mengamati bentuk kerucut serat (taylor cone)

sehingga dapat menghasilkan gambar yang lebih jelas dan perbesaran

lebih tinggi. Beberapa fitur yang terdapat pada alat ini mampu

mendukung pengembangan riset nanoserat dalam skala laboratorium

maupun produksi massal. Fitur tersebut diantaranya: power suplai

tegangan tinggi yang dapat beroperasi hingga 20 kV dengan stabil,

syringe pump yang sudah terkalibrasi, sistem pengatur kelembaban

yang dapat diatur, sistem kamera dan fitur pendukung lainnnya.

  Hingga saat ini, sistem ini telah diuji untuk memproduksi

nanoserat dengan diameter yang bervariasi untuk aplikasi filter udara,

filter air, filter jus, dan sistem penghantaran obat.

  1

  

Sebelum memulai eksperimen, dalam rangka

keselamatan dan memperoleh hasil yang baik, perlu

diperhatikan hal-hal sebagai berikut :

  

1. Usahakan menggunakan jas lab pada saat

eksperimen dan jangan lupa menggunakan sepatu atau sandal yang terbuat dari karet.

  

2. Demi menjaga kestabilan alat, dilarang memindah

tempatkan alat dari posisinya semula, kecuali jika diperlukan untuk dipindahkan di posisi baru yang tidak akan dipindah-pindah lagi.

  

3. Pastikan semua kabel dan konektor kondisinya

baik, jika terdapat kerusakan hubungi Nachriebe Electrospinning ITB.

  

4. Jauhkan dari debu, keadaan lembab, serta air pada

alat elektrospinning, tempatkan pada tempat yang sejuk / tidak terkena sinar matahari langsung.

5. Tempatkan alat elektrospinning pada tempat yang stabil / aman agar tidak terjatuh.

  

6. Pastikan seluruh sistem ground terhubung ke

sistem ground PLN dengan cara menghubungkan

  2

  kabel ground yang berada di bagian belakang alat

dengan terminal ground yang sudah disediakan.

  

7. Beri alas tambahan pada bagian dalam alat, agar

bagian alas chamber tidak terkena tetesan larutan.

  

8. Pastikan pada saat eksperimen dengan larutan

atau pelarut yang berbahaya, untuk menggunakan masker, sarung tangan dan perlengkapan safety lainnya.

  

9. Pastikan anda telah membaca keseluruhan

manual/prosedur dan memahaminya dengan baik.

  3

  Beberapa fitur atau komponen utama dalam Nachriebe 600 Electrospinning dan fungsinya antara lain :

1. Power suplai tegangan tinggi

  Gambar 1. Tampilan depan power suplai tegangan tinggi

  Berfungsi sebagai pensuplai tegangan tinggi yang diberikan pada jarum, agar larutan menjadi bermuatan dan tertarik ke arah ground sehingga memungkinkan terbentuknya serat. Dapat dioperasikan hingga 20 kV DC dengan stabil. Selain pengaturan besar tegangan yang digunakan, di dalamnya juga terdapat pengaturan laju alir syringe pump dan pengaturan kelembaban udara dalam chamber pada nilai diinginkan yang ditampilkan dalam satu LCD.

  4

2. Syringe Pump

  

Gambar 2. Syringe pump

  Syringe pump digunakan sebagai pendorong larutan dengan laju alir tertentu yang dapat diatur, alat ini sudah terkalibrasi, dan flowrate dapat dioperasikan dengan satuan ml/menit ; ml/jam ; µl/menit dan µl/jam. Syringe pump pada versi ini telah menggunakan sistem linear guide dan as drat yang dibuat fix dengan sistem pendorongnya, sehingga akan meminalisir terjadinya slip pada saat mendorong larutan yang kental.

  5

3. Kolektor Drum

  Gambar 3. Kolektor drum geser

  Kolektor digunakan sebagai penampung serat, jenis kolektor yang digunakan berbentuk silinder (drum) alumunium dengan diameter 5,5 cm yang dapat berputar. Selain dapat berputar, kolektor ini juga dapat bergerak ke kanan-kiri (dilihat dari depan) yang dapat diatur kecepatannya untuk mengumpulkan serat dengan ketebalan yang seragam.

  6

4. Pengatur Kelembaban

  Gambar 4. a) tabung silika gel, b) pompa exhaust dan c) sensor kelembaban

  Dalam proses elektrospinning, parameter lingkungan seperti kelembaban udara sangat menentukan dalam pembentukan serat. Kelembaban relatif udara yang baik dalam proses elektrospinning berkisar antara 30-50%. Oleh karena itu diperlukan sistem yang dapat mengontrol kelembaban udara.

  7 Pada Nachriebe 601 elektrospinning ini, kami menawarkan suatu sistem pengaturan kelembaban udara yang dapat diatur pada nilai yang dibutuhkan. Penurunan kelembaban menggunakan material silica gel, dengan sirkulasi udara yang diatur melalui sebuah pompa yang akan mati secara otomatis apabila sudah mencapai nilai kelembaban yang diset. Sedangkan sensor kelembaban menggunakan sensor DHT21 dengan keakuratan dan yang baik (+1%), selain kelembaban sensor ini juga sekaligus dapat membaca nilai temperatur udara yang ada di dalam chamber.

  Silica gel akan berubah warna dari biru menjadi pudar atau kemerahan apabila sudah digunakan, apabila kondisi ini sudah terjadi, maka silica gel harus segera diganti dengan yang baru, silica gel yang sudah pudar bisa digunakan kembali dengan cara memanaskan / menjemur hingga kembali warnanya menjadi biru.

  8

  

5. Sistem kamera pemantau terbentuknya serat

(taylor cone) Gambar 5. Kamera dan monitor pemantauan taylor cone

  

Taylor cone adalah istilah dalam elektrospinning, yaitu bentuk

  kerucut dalam ujung jarum yang menandakan terbentuknya serat pada larutan. Untuk mengamati ini, harus menggunakan kamera dengan pembesaran yang tinggi. Dalam sistem ini terdapat fitur yang berfungsi untuk mengamati taylor cone. Serat yang berkualitas baik ditunjukkan dengan kestabilan bentuk kerucut ini (tidak putus-putus) yang dapat diatur melalui pengaturan

  9 parameter seperti laju alir dan tegangan. Karena itu monitoring bentuk kerucut ini setiap waktu sangat diperlukan.

  Kamera pada sistem ini memiliki kemampuan perbesaran 30X dan ditambah lensa cembung sebagai perbesaran tambahan, sehingga dapat menangkap gambar cone jet dengan lebih jelas seperti tampak pada gambar 5 monitor di atas.

  Pada bagian belakang kamera, terdapat lima tombol seperti tampak pada gambar 5 dengan fungsi sebagai berikut: TELE : zoom dekat WIDE : zoom jauh FAR / NEAR : pengaturan fokus MENU : tampilan menu

  Biasanya pengaturan fokus dan zoom hanya dilakukan sekali saat pertama kali penggunaan.

  Hasil pembentukan gambar oleh kamera ditampilkan melalui sebuah monitor berukuran 7 inch yang sudah tertempel di dinding chamber. Dengan fitur ini, setiap waktu kita bisa memonitoring pembentukan serat pada ujung jarum.

  10

TAMPILAN ALAT SECARA KESELURUHAN

  Keterangan :

  A. Power Suplai Tegangan Tinggi

  B. Syringe Pump

  C. Kolektor Drum

  D. Kamera

  E. LCD Monitor

  F. Pompa Ex-haust

  G. Silika Gel

  H. Sensor kelembaban & suhu

  11 Dalam mensintesis serat menggunakan Sistem Elektrospinning Nachriebe 601 ini, ada beberapa langkah-langkah atau prosedur yang harus diikuti antara lain :

1. Prosedur Menghidupkan Alat

  Pertama kali dalam menghidupkan alat, pastikan kabel power

  utama dicolokkan ke listrik PLN. Kabel ground utama yang

  terdapat di belakang chamber juga dicolokkan ke terminal ground universal yang sudah disediakan. Kemudian posisikan switch utama (main power) yang terdapat di bagian depan chamber ke arah posisi ON sampai indikator lampu berwarna merah menyala seperti tampak pada gambar 6.

  Gambar 6. Switch main power dan indikator

  12

2. Memasang larutan pada syringe pump

  Setelah larutan yang akan dispinning selesai dipersiapkan, langkah selanjutnya adalah meletakkan syringe (suntikan) yang berisi larutan ke dalam syringe pump. Meletakkan syringe dengan cara terlebih dahulu memposisikan pendorong yang ada pada syringe pump dengan cara memutar pemutar yang ditunjukkan oleh tanda merah pada gambar, diputar ke arah depan untuk memajukan posisi pendorong dan sebaliknya. Setelah posisi pendorong disesuaikan, berikutnya adalah menjepit suntikan dengan penjepit yang dapat ditarik ke atas dan diputar ke arah belakang seperti tanda merah yang ditunjukkan pada gambar. Settingan lengkap untuk syringe pump dapat dilihat pada gambar 7 berikut.

  Gambar 7. Prosedur pemasangan syringe pada syringe pump

  Setelah suntikkan yang berisi larutan polimer di letakkan di

  syringe pump, selanjutnya kabel penjepit buaya yang

  berwarna merah di dalam chamber dihubungkan ke jarum suntikkan untuk dapat memberikan muatan yang berasal dari tegangan tinggi ke larutan polimer seperti tampak pada gambar 8.

  

Gambar 8. Memasang jepit buaya pada jarum

(usahakan di posisi tengah jarum)

3. Memasang Kolektor

  Untuk memulai eksperimen elektrospinning, tentukan dahulu bahan yang akan digunakan untuk melapisi kolektor, dapat berupa alumunium foil, mesh alumunium ataupun kain tipis. Kemudian, lapisi bagian depan kolektor dengan bahan tersebut secara merata. Setelah kolektor dilapisi kemudian kolektor dimasukkan ke dalam chamber tepat di depan jarum, atur jarak antara jarum dan kolektor sesuai kebutuhan.

  Kemudian dijepitkan kabel penjepit buaya ground (GND) ke baud yang terdapat pada bagian belakang kolektor (apabila menggunakan kolektor plat datar). Untuk kolektor drum, dipasangkan tiga buah colokan ke drum kolektor (2 buah catu daya 5V dan 1 buah ground (GND)) yang ada di belakang sistem kolektor drum (lingkar merah pada gambar 9).

  

Gambar 9. Prosedur persiapan kolektor

4. Pengaturan Laju Alir (flow rate) Syringe Pump

  Laju alir merupakan jumlah volume larutan yang keluar dalam satuan waktu. Pengaturan flowrate dapat diatur langsung menggunakan tombol yang ada pada panel high voltage.

  

Gambar 10. Panel Pengaturan Laju Alir dan High Voltage.

  Terlebih dahulu hidupkan tombol power (tombol yang berwarna hitam bawah pada gambar 10) sehingga indikator lampu LED yang ada di sebelah kanannya menyala. Maka tampilan pada display akan muncul seperti pada gambar 11.

  Perlu diingat bahwa tidak diperkenankan menghidupkan tombol HV sebelum pengaturan laju alir (flowrate) selesai.

  

Gambar 11. Tampilan display pada saat pertama kali dinyalakan.

  Terdapat enam tombol berwarna merah, hijau dan biru yang akan kita gunakan dalam pengaturan ini.

  Sebelum masuk ke pengaturan flowrate, diatur terlebih dahulu diamater dalam dari syringe/suntikan yang akan digunakan, biasanya untuk syringe standar elektrospinning dengan kapasitas 10 mL memiliki diameter luar sebesar 15,8 mm, dan

  jika syringe yang digunakan sudah standar, maka pengaturan diameter tidak perlu dilakukan lagi, karena

  default dari settingan diameter pada alat ini sudah diatur sebesar 15,8 mm.

  

Gambar 12. Suntikan standar yang digunakan (kapasitas 10mL)

  Untuk masuk ke pengaturan diameter syringe dapat diikuti langkah-langkah pada tabel sebagai berikut:

  Tombol No yang Tampilan display ditekan

1. Tampilan

  awal

  17

  Tombol

No yang Tampilan display

ditekan

  2. ENTER

  1X

  3. ENTER

  1X

  4. UP

  1X

  5. UP

  1X

  6. UP

  1X

  18

  No Tombol yang ditekan Tampilan display

  7. UP

  1X Muncul kursor kedap-kedip yang dapat digunakan untuk mengubah angka pada posisi kursor, untuk memindahkan kursor pada digit berikutnya tekan enter kembali.

  

UP  menambah digit angka

DOWN  mengurangi digit angka

  8. START /STOP

  1X Setelah setting diameter selesai, tekan tombol warna merah (START/STOP)

  Sedangkan untuk pengaturan laju alir (flow rate) syringe pump, dapat diikuti langkah-langkah berikut ini :

  No Tombol yang ditekan Tampilan display

  1. Tampilan awal

  Tombol No yang Tampilan display ditekan

  2. ENTER

  1X

  3. ENTER

  1X

  4. ENTER

  1X Muncul kursor kedap-kedip yang dapat digunakan untuk mengubah angka pada posisi kursor, untuk memindahkan kursor pada digit berikutnya tekan enter kembali.

  

UP  menambah digit angka

DOWN  mengurangi digit angka

Satuan flowrate juga dapat diatur dengan menekan tombol enter sampai kursor di posisi satuan, satuan dapat dirubah dengan menekan tombol up dan down. Terdapat beberapa satuan untuk laju alir yang disediakan yaitu :

  Tombol No yang Tampilan display ditekan

• _-

  ul/h : mikroliter per jam

  _-

  

ul/m : mikroliter per menit

_- ml/h : mililiter per jam _-

ml/m : mililiter per menit

5. START Jika settingan flowrate sudah selesai, langkah

  /STOP selanjutnya adalah dengan menekan tombol berwarna

  1X merah (START/STOP). Indikator syringe pump sudah beroperasi jika lampu LED Pump menyala.

  Gambar 13. Lampu indikator yang menandakan syringe pump sudah berjalan

  Pada saat alat elektrospinning sedang berjalan, laju alir yang sudah disetting dirasa kurang sesuai, maka untuk masuk ke pengaturannya kembali tinggal menekan tombol ENTER satu kali, maka akan langsung masuk ke pengaturan laju alir.

  Pada panel, juga terdapat tombol berwarna hitam (REW), jika diperlukan tombol ini berfungsi untuk membuat pergerakan pendorong suntikan menjadi berbalik arah (mundur). Jika tombol ini ditekan maka indikator LED pada gambar 13 akan berkedip,

  21 untuk mengembalikan arah pergerakan pendorong syringe ke semula, tinggal menekan tombol REW kembali, sehingga LED tidak berkedip (hanya menyala). Menekan tombol (START/STOP) dalam keadaan pump jalan (led nyala) menyebabkan pump berhenti (led mati).

5. Pengaturan Nilai Kelembaban Relatif

  Untuk melakukan pengaturan nilai kelembaban relatif di dalam chamber di nilai tertentu, maka langkah yang dilakukan sebagai berikut:

  No Tombol yang ditekan Tampilan display

  1. Tampilan awal

  2. ENTER

  1X

  3. ENTER

  1X

  No Tombol yang ditekan Tampilan display

  4. UP

  1X

  5. UP

  1X ENTER

  1X Muncul kursor kedap-kedip yang dapat digunakan untuk mengubah angka pada posisi kursor, untuk memindahkan kursor pada digit berikutnya tekan enter kembali.

  

UP  menambah digit angka

DOWN  mengurangi digit angka

  8. START /STOP

  1X Jika settingan nilai kelembaban sudah selesai, langkah selanjutnya adalah dengan menekan tombol berwarna merah (START/STOP).

  23

  Tombol No yang Tampilan display ditekan Pompa untuk sirkulasi udara di dalam chamber akan menyala sampai mencapai nilai kelembaban yang ditentukan, kemudian secara otomatis pompa akan mati.

6. Pengaturan Tegangan High Voltage

  Untuk mengaktifkan high voltage, hidupkan tombol HV pada panel sehingga lampu LED di sebelah kanannya menyala. Selanjutnya, untuk dapat mengatur high voltage, maka kita dapat memutar switch variabel yang ada pada panel high voltage secara perlahan ke arah kanan untuk menambah dan sebaliknya, sehingga mencapai tegangan yang diinginkan yang ditampilkan pada Display. Angka tegangan yang tertera pada display dalam satuan kV (kilo volt) dalam desimal satu angka di belakang koma.

  24

  

Gambar 14. Switch Variabel High Voltage

Perlu diingat, pada sistem elektrospinning Nachriebe 601 ini,

  pengaturan nilai high voltage menggunakan sistem Rotary

  Encoder, sehingga pada saat menyalakan high voltage secara

  otomatis akan berada di posisi 0.0 kV meskipun saat mematikan tidak diposisi 0.

  Sistem Rotary Encoder tidak memiliki batas putaran, sehingga meskipun diputar ke arah kiri atau kanan terus menerus tidak akan ada batasnya. Sistem sudah terprogram untuk memposisikan nilai tegangan pada posisi 0 apabila dimatikan.

  25

7. Prosedur Mematikan Alat

  Setelah selesai eksperimen, untuk mematikan alat, berikut urutan prosedur utama yang harus diperhatikan :

  a. Matikan tombol HV pada panel high voltage dengan tidak perlu memposisikan nilai tegangan ke 0.0 kV terlebih dahulu

  b. Matikan tombol power yang berwarna hitam pada panel high voltage.

  

c. Matikan tombol utama / main power pada chamber.

  d. Lepas jepit buaya pada jarum

  e. Lepas syringe/suntikan dari syringe pump (jangan meninggalkan suntikan pada syringe pump yang masih berisi larutan)

  f. Bersihkan chamber apabila ada sisa-sisa serat atau larutan.

  g. Cabut atau matikan kabel power pada PLN Terima kasih atas perhatiannya.

Apabila ada pertanyaan atau saran yang ingin

disampaikan maka dapat disampaikan pada kontak

berikut ini :

• krijal@fi.itb.ac.id
• miftah@fi.itb.ac.id

  Integrated Laboratory of Materials & Instrumentation (ILMI) Departement of Physics Institut Teknologi Bandung