x 400 Analisis Pengaruh Faktor Diameter Analisis Kapasitansi Sel Saraf Terhadap Waktu

c, x 400

d, x 800

Gambar 4.10. Foto Dampak Peningkatan Intensitas Medan E, c, Kondisi tidak aktif, dan d, Kondisi rusak, rupture,mati. 4.5. Analisis Data Penelitian Objek Sebelum dilakukan suatu perlakuan terhadap objek nematoda, maka terlebih dahulu dilakukan pemeriksaan melalui mikroskop dan terlihat kondisi gerakannya sangat aktif sehingga keadaan ini dibuat sebagai kontrol, yaitu seperti pada Gambar 4.10a. Selanjutnya, objek, nematode di masukkan kedalam ruang sampel, chamber, lalu dilakukan perlakuan dengan menaikkan tegangan secara bertahap, sesuai pada Gambar 3.1, dan setiap kenaikan tegangan elektroda Velek, Kerista Tarigan : Dampak Medan Elektrik Berpulsa Tegangan Tinggi Terhadap Membran Selluler, 2009 dilakukan pemeriksaan di bawah mikroskop sehingga diperoleh suatu data penelitian untuk peningkatan tegangan yaitu seperti pada Tabel 4.2 dan hasil foto mikroskop seperti pada Gambar 4.10. Secara umum, sesuai dengan data pada Tabel 4.2 dan dampaknya seperti foto pada Gambar 4.10, maka terlihat suatu dampak yang sangat positif, artinya untuk setiap peningkatan potensial elektroda adalah proporsional dengan peningkatan intensitas medan elektrik E di dalam wadah, dan sekaligus berdampak tidak saja terjadi peningkatan potensial transmembran pada protein tetapi juga terjadi reduksi ketebalan pada membran sel yang mengindikasikan terjadinya proses ionisasi sehingga terjadi depolarisasi,. peningkatan konsentrasi ion-ion positif di dalam dan ion-ion negatif keluar dari membran sel. Kemudian, peningkatan tegangan potensial elektroda Velek, proporsional dengan peningkatan intensitas medan elektrik E, maka dampaknya meningkat dan mulai terlihat pada tegangan 4,20 kV hingga tegangan 4,60 kV, sesuai dengan hasil foto 4.10b, gerakan nematode menjadi kurang aktif, kondisi ini menunjukkan bahwa, proses ionisasi berlanjut dan peningkatan konsentrasi ion- ion pada membran sel juga meningkat, sesuai dengan potensial Nernst. Namun, pada kondisi ini belum mencapai kondisi kritis , membran masih dalam keadaan reversible atau kekuatan dielektrik membran sel masih berfungsi secara minimal. Selanjutnya, pada tegangan elektroda Velek sebesar 5,00 kV sampai dengan 6,30 kV, sesuai dengan foto Gambar 4.10c, kondisi tidak aktif, kondisi ini menunjukkan bahwa, proses ionisasi lebih tinggi dibanding dengan pada kondisi sebelumnya dan peningkatan konsentrasi ion-ion pada membran kemungkinan telah mendekati nilai ambang beda potensial kritis sebesar 1,0 V Fang, 2006 atau 1,50 V Frida et al., 2000, sehingga terjadi awal kerusakan sel, yang berisi Lipoprotein dan karbohidrat, bahan dielektrik, yang juga menunjukkan dampak irreversible. Akhirnya, pada kondisi tegangan elektroda Velek sebesar 6,70 kV sampai dengan 7,15 kV, dan sesuai dengan foto Gambar 4.10d, terjadi kerusakan permanent. Hal ini diakibatkan oleh dampak intensitas medan elektrik E yang kuat sehingga secara kimia, muatan atau ion-ion negative di dalam membran keluar Kerista Tarigan : Dampak Medan Elektrik Berpulsa Tegangan Tinggi Terhadap Membran Selluler, 2009 dari membran dan sebaliknya, reorient, terjadi kreasi pore hydrophylic sehingga dapat menghantarkan arus listrik yang menyebabkan membran irreversible. Perubahan muatan ion-ion tersebut secara skematik diperlihatkan seperti pada Gambar 4.11. Dengan kata lain, kekuatan dielektrik yang berisi bahan Lipoprotein dan karborbohidrat telah rusak atau terjadi suatu pemaksaan sifat dari bahan dielektrik isolator menjadi konduktor, akibatnya metabolisma dan potensial tubuh sebagai energi aktivasi pada saraf menjadi terhenti, mati. Gambar 4.11. Reorient ion-ion, a normal, b ionisasi, c reorient

4.5.1. Analisis Tegangan Pada Media Air

Analisis tegangan pada ruang sampel dengan wadah air secara perhitungan dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan 4-2. Untuk diameter membran sel saraf, dc = 0,5 m Tabel 4.2 dan dengan asumsi beda potensial membran sel saraf, Vs = 1,40 V kondisi kritis serta pada sudut = 30°, maka diperoleh tegangan elektroda, Velek = 6,20 kV, dan untuk beberapa besar sudut ditunjukkan seperti grafik pada Gambar 4.12a berikut. Sedangkan, berdasarkan data hasil penelitian seperti pada Tabel 4.2 pada kondisi yang tegangan Velek sebesar 6,70 kV menghasilkan dampak yang sama, hal ini diperlihatkan pada hasil foto pada Gambar 4.10d. Kerista Tarigan : Dampak Medan Elektrik Berpulsa Tegangan Tinggi Terhadap Membran Selluler, 2009

4.5.2. Analisis Intensitas E Pada Media Air

Untuk menganalisis besar intensitas medan elektrik Es pada ruang sampel dengan media air secara teoritis dapat ditentukan melalui perhitungan dari persamaan 4-2 untuk tegangan elektroda Velek, dan persamaan 4-3 untuk intensitas medan elektrik Es. Untuk menentukan besar intensitas medan elektrik tersebut dengan asumsi, diameter membran sel saraf, dc = 0,5 m dan beda potensial membran sel saraf, Vs = 1,40 V kondisi kritis serta sudut = 30°, maka diperoleh tegangan elektroda, Velek = 6,20 kV. Sedangkan sesuai dengan data hasil penelitian seperti pada Tabel 4.2 pada kondisi tegangan Velek sebesar 6,70 kV telah terjadi dampak kerusakan, rupture pada membran. Selanjutnya, sesuai dengan data pengendalian tegangan seperti pada Tabel 4.2, maka dapat diperkirakan bahwa pada kondisi tegangan minimal Vi =7,50 kVolt atau Velek = 6,30 kV, telah terjadi efek awal breakdown, rupture, hal ini diperkuat dengan hasil foto seperti pada Gambar 4.11c, kondisi tidak aktif. Kemudian, sebagai lanjutan proses seperti pada bahagian 4.5.1 diatas, dimana pada kondisi tegangan elektroda secara perhitungan sebesar Velek = 6,20 kV dan data penelitian, tegangan elektroda Velek sebesar 6,70 kV telah terjadi dampak kerusakan, rupture pada membran dengan toleransi sebesar 8.06 . Dengan demikian, maka bila dibandingkan dari kedua nilai perhitungan dan data penelitian serta dukungan foto seperti pada Gambar 4.11d, maka besar intensitas medan elektrik pada kondisi tersebut dan dengan persamaan 4-3 diperoleh sebesar Es = 37,33 kVcm, atau setara dengan kelipatan 10 kali terhadap keadaan normalnya. Selanjutnya, akibat peningkatan intensitas medan elektrik sebesar 10 kali dari nilai normalnya maka pada kondisi ini telah terjadi suatu penurunan kekuatan dielektrik hingga 10 kali, atau turun menjadi 0,2 kali terhadap nilai normalnya, Kerista Tarigan : Dampak Medan Elektrik Berpulsa Tegangan Tinggi Terhadap Membran Selluler, 2009 sesuai dengan persamaan 4-6. Dalam kondisi yang demikian, membran yang terdiri dari Lipoprotein dan karbohidrat telah rusak akibat gerakan ion-ion. Jadi, pada kondisi tegangan elektroda tersebut, Es = 37,33 kVcm dan kekuatan dielektriknya turun menjadi 0,2 kali terhadap nilai normalnya, diperlihatkan seperti pada Gambar 4.12b berikut ini. 10 20 30 40 50 60 4000 6000 8000 10000 12000 Tegangan Elektroda Wadah Air -vs- Sudut Sudut, Derajat T e g a n g a n E le k tr o d a , k V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.5 1 1.5 2 Dielektrik Membran Sel,ers -vs- ErEo n =ErEo e rs Gambar 4.12. Grafik Tegangan Elektroda Wadah Air terhadap Sudut a, dan b Penurunan nilai dielektrik pada kondisi Velek, 5,372 kV.

4.5.3. Analisis Rupture Pada Lipid Bilayer

Kerista Tarigan : Dampak Medan Elektrik Berpulsa Tegangan Tinggi Terhadap Membran Selluler, 2009 Sesuai dengan data pengendalian tegangan seperti pada Tabel 4.2, maka dapat diperkirakan bahwa pada kondisi tegangan minimal Vi =7,5 kVolt atau Velek = 6,3 kVolt, telah terjadi efek awal breakdown, rupture, kerusakan bahan dielektrik membran sel saraf tersebut. Dapat dijelaskan bahwa, terjadinya kondisi rupture adalah apabila terjadi peningkatan intensitas medan elektrik yang sangat kuat, melebihi potensial kritis transmembran maka akan mengakibatkan reduksi ketebabalan, mengecil, pada membran dan menyebabkan terjadinya peningkatan kreasi pore hydrophylic pada Lipid Bilayer sehingga terjadi kebocoran, rusak, rupture sehingga arus listrik mengalir dan ahirnya membran menjadi irreversible. Hal ini diperlihatkan seperti pada Lampiran III. Akibat terjadinya kebocoran maka zat-zat kimia di dalam membran keluar sehingga nematode mati. Hal ini diprediksi beda potensial telah mencapai antara 1 – 1,4 V Fang, 2006; Frida et al., 2000 dan sebesar 0,2 – 1,5 V pada membran sel mamalia Frida et. al., 2000 dan 1 V Zimmermann, 1982; Pizzichemi, 2007. Dalam kondisi ini dan sesuai dengan persamaan 4-3, maka dalam keadaan normal Vs = 0,14 V untuk diameter sel 0,5 m, diperoleh 3,733 kVcm, dan dalam keadaan Vs = 1,4 0V diperoleh Ers = 37,33 kVcm maka proses elektroporasi telah terjadi sehingga membran pada saluran protein maupun Lipid telah rusak, rupture, seperti pada Lampiran IV. Kemudian, bila besar medan elektrik yang di alami oleh membran sel yang diwakili oleh Ers dibandingkan dengan hasil yang diperoleh oleh peneliti terdahulu yaitu membran sel bakteri Ecoli adalah sebesar 5 – 20 kVcm, model Peleg Zong et al., 2005, model simulasi Peleg sebesar 5 – 20 kVcm Zhong et al., 2005, 20 – 80 kVcm Pizzichemi, 2007, 35 kVcm Somolinos et al., 2008; Zhao et al., 2008 , pada biological effects sebesar 40 kVcm Hanafi et al., 2008 sedangkan untuk bakteri pada umumnya adalah sekitar 25 kV Zhang et al. 1995 dan untuk pasteurisasi mikroorganisma adalah sebesar 20 – 50 kVcm Ngadi et al., 2003. Kerista Tarigan : Dampak Medan Elektrik Berpulsa Tegangan Tinggi Terhadap Membran Selluler, 2009 Dari besaran Es tersebut di atas, perbandingan densitas D antara medan elektrik dalam keadaan rupture Ers, terhadap pada keadaan normal Es dapat dihitung melalui persamaan 4-6. Dengan demikian, peningkatan kekuatan dielectric strength mencapai 10 kali adalah suatu indikasi bahwa membran sel saraf telah ‘pecah’, rupture. Hal ini dapat dibuktikan melalui persamaan 4-6, yaitu: rr = 2E n E r Kemudian, bila: E r = p E n . dimana p adalah peningkatan tegangan elektroda atau sebagai nilai perbandingan dalam bilangan bulat, maka hubungan E n E r terhadap p nilai p = 1 – 10 dapat digambarkan seperti pada Gambar 4.13, berikut ini. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 n=ErEn e rr err -vs- n Efek rupture Gambar 4.13. Grafik Peningkatan Intensitas Medan E Terhadap Penurunan kekuatan Dielektrik Membran. Berdasarkan analisis diatas maka akibat peningkatan potensial melampaui batas ambang maksimal di antara membran maka sifat membran yang semula berupa isolator berubah menjadi konduktor. Hal ini akan mengakibatkan zat-zat dan ion-ion di dalam membran akan keluar dari jaringan.

4.6. Analisis Pengaruh Faktor Diameter

Kerista Tarigan : Dampak Medan Elektrik Berpulsa Tegangan Tinggi Terhadap Membran Selluler, 2009 Untuk penentuan pengaruh dari faktor jari-jari terhadap peningkatan potensial membran saraf maka dapat ditentukan melalui persamaan 3.5. Namun persamaan tersebut dapat dihampiri dengan besaran: c d Δ . Dalam hal ini, nilai besaran tersebut diasumsikan sebesar: 0 – 0.3. Dengan memperhitungkan faktor kesalahan pengukuran jari-jari membran sel saraf maka dapat diperoleh dengan mensubstitusikan nilai asumsi maksimum besaran c d Δ = 0,3, maka dari hubungan persamaan-persamaan 4-3, 4-4 dan 4- 5, sehingga untuk kondisi: Vs =1,4 volt, = 0û, dapat diperoleh, Vin = 10,953 kV. Untuk kondisi yang lain maka dapat ditentukan secara analogi.

4.7. Analisis Kapasitansi Sel Saraf Terhadap Waktu

Penentuan besar kapasitansi membran sel saraf dapat ditentukan berdasarkan persamaan 2-38. Dengan mensubstitusi persamaan 2-36 ke persamaan 2-38, maka diperoleh: 2 m F l A C m τσ = 4-7 Bila nilai besaran-besaran seperti pada persamaan 4-7 disubstitusi yaitu, , luas nematode A yaitu, panjang 0.8 mm dan lebar 0,03mm, maka diperoleh . 1 1 6 10 − − − Ω = m σ pF C m 84 , = Sedangkan nilai yang diperoleh Lebovka adalah Lebovka et al.,2003 atau, untuk ukuran luas membran yang sama maka diperoleh besar yang sama, yaitu sebesar 2 3 10 5 , 3 m F C m − = m C pF C m 84 , = . Kemudian, konstanta waktu induksi, relaksasi, k 63 dari muatan, tegangan pada kapasitor maksimum dapat dihitung dari persamaan 2.40, yaitu 17,7 µs, dan 5 k 99 adalah 88,5µs. Hal ini sesuai dengan persamaan low pass filter RC, seperti pada persamaan 2-41, yaitu: Kerista Tarigan : Dampak Medan Elektrik Berpulsa Tegangan Tinggi Terhadap Membran Selluler, 2009 ] 1 [ τ t e o v t v − − = Bila persamaan 2-41 digambarkan maka akan diperoleh seperti Gambar 4.14 di halaman berikut ini. 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Respon Tegangan RC-vs-t V m e m b ra n , V o lt t = us Vsel,repture Vsel, normal Gambar 4.14. Grafik Tegangan Vsel membran terhadap waktu induksi t.

4.8. Penentuan Daya Serap Energi Membran Sel