M01414

Prosiding Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014)
17-18 November 2014, Bandung, Indonesia

PROSIDING
Seminar Kontribusi Fisika 2014
http://portal.fi.itb.ac.id/skf2014

ISBN : 978-602-19655-7-3
Editor : Fiki Taufik Akbar, Agus Suroso, Dwi Irwanto, Triati Dewi Kencana Wungu,
Syeilendra Pramuditya

© 2015
Penerbit :
Program Studi Magister Pengajaran Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Teknologi Bandung
Jl. Ganesha no. 10 Bandung

ISBN 978-602-19655-7-3

1


Prosiding Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014)
17-18 November 2014, Bandung, Indonesia

KOMITE ORGANISASI
Pelindung :
Prof. Dr.rer.nat. Umar Fauzi

Dewan Pengarah :
Dr. Widayani H.
Dr. Khairul Basar
Dr. Siti Nurul Khotimah

Ketua Panitia :
Dr. Agus Suroso

Sekretaris :
Dr.Eng. Dwi Irwanto

Bendahara :

Triati Dewi Kencana Wungu, Ph.D.

Web dan Publikasi :
Syeilenda Pramuditya, Ph.D.

Prosiding :
Fiki Taufik Akbar S. M.Si.

Logistik :
Irfan Dwi Aditya M.Si.
Indarta K. Aji M.Si.

Acara :
Wahyu Hidayat M.Si.
Sasfan A. Wella M.Si.
Getbogi Hikmawan M.Si.

Konsumsi :
Nuri Triati M.Si.


Dokumentasi :
Aghust Kurniawan S.Si.

ISBN 978-602-19655-7-3

2

Prosiding Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014)
17-18 November 2014, Bandung, Indonesia

FOTO DOKUMENTASI

ISBN 978-602-19655-7-3

3

Prosiding Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014)
17-18 November 2014, Bandung, Indonesia

KATA PENGANTAR

Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014) yang dilaksanakan pada 17 dan 18 November
2014 di Bandung merupakan kegiatan ilmiah yang terselenggara berkat dukungan dari Program
Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung. Seminar
ini merupakan wadah untuk bertukar pikiran bagi para peneliti, dosen, guru, dan mahasiswa Fisika
tentang berbagai aspek Fisika yang telah dipelajarinya.
Seminar ini menampilkan 4 pembicara kunci yang berasal dari Institut Teknologi Bandung
dan Lembaga Antariksa dan Penerbangan Nasional. Lebih dari 90 peserta dari berbagai universitas
dan sekolah akan menyajikan hasil penelitian dan inovasinya di seminar ini. Partisipan dari berbagai
kalangan juga hadir di seminar ini. Topik-topik yang disampaikan cukup beragam, mulai dari fisika
teoretik, terapan, hingga pendidikan Fisika.
Kami selaku panitia mengucapkan terima kasih kepada seluruh pihak yang telah mendukung
dan membantu terselenggaranya acara SKF 2014. Semoga kegiatan ini bermanfaat bagi kita semua.

Dr. Agus Suroso
Ketua SKF 2014

ISBN 978-602-19655-7-3

4


Prosiding Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014)
17-18 November 2014, Bandung, Indonesia

DAFTAR ISI

KOMITE ORGANISASI

2

FOTO DOKUMENTASI

3

KATA PENGANTAR

4

DAFTAR ISI

5


JADWAL ACARA SKF 2014

11

[PEMBICARA UTAMA]
PEMBANGUNAN EMU RADAR DI BUKITTINGGI, SUMATERA BARAT TERKAIT
DENGAN PENGEMBANGAN KAJIAN DINAMIKA VERTIKAL ATMOSFER INDONESIA
(KHUSUSNYA INVESTIGASI GELOMBANG KELVIN)

12

Eddy Hermawan, Aristyo Rahadian Wijaya, dan Siti Hairunnisa Norfahmi

STUDI KOMPUTASI ALIRAN SEBAGAI FUNGSI PERBEDAAN SUHU FLUIDA

16

Suprijadi, A. Ikhsan, R. R. Septiawan dan I. D. Aditya


KETENTUAN AGUNG DALAM ALAM SEMESTA

20

Suparno Satira

SPARSE SAMPLING AND RECONSTRUCTION OF FRACTIONAL BROWNIAN
MOTIONS SIGNALS

25

Andriyan B. Suksmono

[PEMBICARA SESI PARALEL]
SURVEY KONSEPSI MAHASISWA CALON GURU FISIKA PADA KONSEP MEDAN
LISTRIK MENGGUNAKAN FCCI BERBENTUK THREE TIER TEST

27

Achmad Samsudin, Andi Suhandi, Dadi Rusdiana, dan Ida Kaniawati


KAJIAN MEKANISME DIFUSI PADA SISTEM MIKROPHYSIOLOGI MODEL PADA
MONTE CARLO SIMULATOR CELL (MCELL)
Adita Sutresno, Moh. Faizal Fajri Al Amin, Idam Arif, Sparisoma Viridi, Freddy Haryanto

ISBN 978-602-19655-7-3

5

31

Prosiding Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014)
17-18 November 2014, Bandung, Indonesia

PERAGA INTRUSI AIR LAUT DI ESTUARI DALAM KONTEKS PENGAJARAN HUKUM
NEWTON DAN FLUIDA

35

Afni Kumala Wardani, Marati Husna, Ely Rismawati, Acep Purqon


HUKUM KETIGA NEWTON SEBAGAI AKIBAT KONSISTENSI PENSKALAAN, DAN
SUATU PERTIMBANGAN METAFISIKA

39

Aloysius Rusli

KONSEP REAKTOR NUKLIR MODULAR BERSPEKTRUM NEUTRON CEPAT DAN
BERMOBILITAS TINGGI DENGAN TEMPERATUR KERJA YANG TINGGI SERTA
PENDINGIN HELIUM

43

Andrew.I.Samosir dan Zaki Suud

PEMANFAATAN SENSOR WARNA BERDASARKAN WARNA DASAR RGB
MENGGUNAKAN LDR UNTUK MENENTUKAN NILAI MATA UANG

47


Asep Saefullah, Widya Rika Puspita, Leni Aziyus Fitri, Mairizwan, M. Sainal Abidin, Hendro

IMPLEMENTASI MODEL PEMBELAJARAN APTITUDE TREATMENT INTERACTION
(ATI) UNTUK MENINGKATKAN KEMAMPUAN PEMECAHAN MASALAH
MATEMATIS SISWA SMP

51

Asep Simbolon, Louise M. Saija

POLA ANOMALI DATA TEMPORAL TOTAL ELECTRON CONTENT (TEC) IONOSFER
YANG BERHUBUNGAN DENGAN DUA GEMPA BESAR TERKINI DI INDONESIA

55

Asis Pattisahusiwa, The Houw Liong, dan Acep Purqon

MANAJEMEN DAN OTOMATISASI PENGONTROLAN PENGGUNAAN DAYA LISTRIK
SECARA MASAL MENGGUNAKAN JARINGAN ARDUINO UNO


59

Asis Pattisahusiwa, Delia Meldra, Yopy Mardiansyah, dan Hendro

STUDI AWAL PENGARUH TRANSMISI MULTILEAF COLLIMATOR (MLC)
TERHADAP PERHITUNGAN DOSIS PADA PRISM TPS SECARA SEDERHANA

63

Chairun Nisa, Freddy Haryanto

PENGENALAN METODE MAGNETIK SEBAGAI SURVEY AWAL PANAS BUMI
KEPADA SISWA SMA
Claudia M. M Maing, Suka P. Pandia, Cristi Ascika Sekeon dan Alamta Singarimbun

PENGENALAN METODE GEOLISTRIK DALAM EKSPLORASI POTENSI PANAS BUMI
UNTUK SISWA SMA

ISBN 978-602-19655-7-3

6

67
67

71

Prosiding Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014)
17-18 November 2014, Bandung, Indonesia

Cristi Ascika Sekeon, Alamta Singarimbun, Suka Prayanta Pandia, dan Claudia Mariska Maing

RANCANGAN SENSOR PHOTODIODE UNTUK PENDETEKSI KEMIRINGAN

75

Desyana Olenka M, Imam Wijaya, Dian Ahmad Hapidin, Hendro

PENGAMATAN EFEK KACANG BRAZIL DUA DIMENSI DAN ANALISA TRANSFER
ENERGINYA DENGAN OPENCV YANG TELAH TERSTANDARKAN PROSEDURNYA

79

Dimas Praja Purwa Aji, Siti Nurul Khotimah, dan Sparisoma Viridi

DIAGNOSIS KESULITAN-KESULITAN SISWA DALAM KONSEP GERAK DAN GAYA

83

Duden Saepuzaman, Achmad Samsudin, Asep Dedy Sutrisno, Ida Kaniawati, dan Yusnim,

SIFAT ANTI BAKTERI MINYAK ATSIRI KULIT JERUK PURUT

87

Ester Ria Tuahmi Saragih, dan Untung Sudharmono

SENSOR PHOTODIODE SEBAGAI PENGUKUR MOLARITAS LARUTAN CUSO4.5H2O
BERBASIS ARDUINO MEGA 2560

91

Fauzia Puspa Lestari, Gina Hanifah Rahmi, Atut Reni Septiana, dan Hendro

PENGARUH FREKUENSI TERHADAP KECEPATAN ALIRAN (KONVEKSI) BUTIRAN
BED PADA FENOMENA EFEK KACANG BRAZIL PSEUDO-2D

95

Hari Anggit Cahyo W, Trise Nurul Ain, Yayan Prima Nugraha dan Sparisoma Viridi

ALAT EKSPERIMEN SEDERHANA DAN SIMULASI VBA - EXCEL PADA KONSEP
GERAK PARABOLA

99

Zulfikar Fahmi, Sari Sami Novita, Hari Anggit Cahyo Wibowo

ANALISIS MISKONSEPSI TOPIK USAHA DAN ENERGI SISWA KELAS XI SETELAH
PEMBELAJARAN KOOPERATIF MENGGUNAKAN SIMULASI KOMPUTER

103

Hilda Aini Nugraha, Ida Kaniawati, Endi Suhendi

TRANSPARANSI OPTIK LAPISAN TRANSPARAN KOMPOSIT NANOPARTIKEL
ZNO/CARBOXYMETHYL CELLULOSE (CMC) PADA TEMPERATUR 200OC

107

Horasdia Saragih

SENSOR API BERBASIS ARDUINO SEBAGAI DETEKTOR DINI KEBAKARAN
AKIBAT HUBUNGAN PENDEK ARUS LISTRIK
Husnul Hamdi, Elfitra Desifatma, Kiswanto, Hendro

ISBN 978-602-19655-7-3

7

111

Prosiding Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014)
17-18 November 2014, Bandung, Indonesia

PENGAMATAN KEMAMPUAN PEMAIN FUTSAL DAN HASIL PERTANDINGANNYA:
ANALISA DAN MODEL

115

Sparisoma Viridi, Nuning Nuraini, dan Ikhlas

PENGUKURAN GAYABERAT RELATIF UNTUK PENDEFINISIAN REFERENSI
KETINGGIAN GEODESI DI KOTA SEMARANG

119

L. M. Sabri, Leni Sophia Heliani, T. Aris Sunantyo, Nurohmat Widjajanti, Supriyadi

EFEKTIVITAS EKSTRAK AIR DAUN BINAHONG (ANREDERA CORDIFOLIA
(TENORE) STEENIS) TERHADAP PERTUMBUHAN BAKTERI ESCHERICHIA COLI

123

Marisca F. Rehatta dan Untung Sudharmono

PENGARUH PEMBELAJARAN KOOPERATIF JIGSAW TERHADAP PENGUASAAN
KONSEP MAHASISWA PADA PERKULIAHAN LISTRIK MAGNET TOPIK MUATAN
LISTRIK DAN HUKUM COULOMB

127

Muhamad Gina Nugraha, Duden Saepuzaman, dan David E.Tarigan

KAJIAN AWAL RANCANG BANGUN SISTEM PENGENDALI KECEPATAN COOLING
PAD BERBASIS ARDUINO

131

Muhammad Nasir, Ridwan Ramdani, Muhammad Sainal Abidin, dan Hendro

SISTEM SONAR TUNANETRA (SST) UNTUK MEMETAKAN LOKASI

135

Muhammad Zukir, Ismail Saleh, Yudiansyah Akbar, dan Hendro

PENGUKURAN GEOLISTRIK TAHANAN JENIS KONFIGURASI WENNER DI KAWAH
GUNUNGAPI PAPANDAYAN

139

Nilam Sari, Felicity Perfecta Azhar, Rahandika Febri Arivani, Yobi Aris Mauladi, Abdul Rozaq, dan
Nurhasan

MENINGKATKAN KEMAMPUAN PEMAHAMAN KONSEP MATEMATIS SISWA
BERBANTUAN MAPLE MELALUI MODEL PEMBELAJARAN CONCEPTUAL
UNDERSTANDING PROCEDURES (CUPS) DAN KOOPERATIF TIPE LEARNING
TOGETHER (LT)

143

Oriza Stepanus, dan Dr. Kartini Hutagaol

PENERAPAN MODEL PEMBELAJARAN KOOPERATIF TIPE STAD (STUDENT TEAM
ACHIEVEMENT DIVISION) BERBANTUAN SIMULASI KOMPUTER UNTUK
MEMINIMALISIR MISKONSEPSI SISWA
Rifa Syarifatul Wahidah, Iyon Suyana, dan Endi Suhendi

ISBN 978-602-19655-7-3

8

147

Prosiding Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014)
17-18 November 2014, Bandung, Indonesia

ANALISIS CAPAIAN KOMPETENSI GURU BIDANG STUDI FISIKA PADA
PELAKSANAAN SERTIFIKASI GURU DALAM JABATAN TAHUN 2013 DI PROVINSI
MALUKU UTARA

151

Saprudin

SIMULASI TUMBUKAN BOLA BILLIARD DENGAN MACRO VISUAL BASIC

154

Sari Sami Novita

STUDI PENGGUNAAN ELECTRICAL CAPACITANCE VOLUME TOMOGRAPHY (ECVT)
BRAIN SCANNER UNTUK OBSERVASI AKTIVITAS OTAK MANUSIA

158

Siska A. Nirmala, Nita Handayani, Siti N. Khotimah, Freddy Haryanto, Warsito P. Taruno

INVESTIGASI DERAJAD POROSITAS DARI LAPISAN MESOPOROS ZNO DENGAN
DOPING AL (AZO) PADA BERBAGAI KADAR DOPAN MELALUI METODA
PENGUKURAN RESONANSI PLASMON PERMUKAAN

162

Siti Chalimah, Herman, Yono Hadi Pramono, Rahmat Hidayat

PEMBUATAN STROBOSKOP DENGAN MENGGUNAKAN LED ULTRABRIGHT
BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA328 UNTUK MENGHITUNG KECEPATAN
ROTASI BENDA

166

Sri Rahayu Alfitri Usna, Elsi Ariani, Ahmad Fauzi, Mairizwan, dan Hendro

PENGENALAN METODE GRAVITASI DALAM EKSPLORASI PANASBUMI KEPADA
SISWA – SISWA DI SMA NEGRI 2 NUBATUKAN KABUPATEN LEMBATA, NUSA
TENGGARA TIMUR

170

Suka P. Pandia, Alamta Singarimbun, Wahyu Srigutomo, Claudia M. Maing, Cristi Ascika Sekeon

PENGENALAN POLA PADA FLUKTUASI HARGA VARIAN CABAI DI KOTA
BANDUNG DENGAN METODE PROPAGASI BALIK JARINGAN SYARAF TIRUAN

174

Muhammad Yangki Sulaeman, Teja Kesuma, Sparisoma Viridi

KAJIAN SIFAT FISIS DAN MEKANIS PAPAN PARTIKEL SEKAM PADI
BERDASARKAN STANDAR SNI 03-2105-2006

178

Taufiq Al Farizi, dan Widayani

TEORI QUASISPESIES DAN PERSAMAAN REAKSI-DIFUSI

182

Trisna Utami, Fakhrul Rozi Ashadi, Siti Nurul Khotimah, Sparisoma Viridi

KAJIAN PERBANDINGAN MICRO-CT SKYSCAN 1173 DAN SEM DALAM
MENENTUKAN KOMPONEN PENYUSUN BATU KEMIH

ISBN 978-602-19655-7-3

9

186

Prosiding Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014)
17-18 November 2014, Bandung, Indonesia

Vepy Asyana, Leni Aziyus F., dan Freddy Haryanto

IMPLEMENTASI ADXL335 UNTUK PENGUKURAN NILAI PERCEPATAN PADA
EKSPERIMEN KECEPATAN ALIRAN KONVEKSI EFEK KACANG BRAZIL

190

Yayan Prima Nugraha, Trise Nurul Ain, Hari Anggit Cahyo Wibowo, Sparisoma Viridi

CHALK HOLDER SEBAGAI ALAT UNTUK MEREDUKSI SISA PEMAKAIAN KAPUR
TULIS

194

Yulida Rachmawati, Gabriella Mega Puspitasari, dan Sparisoma Viridi

SIFAT ANTI BAKTERI KOMPOSIT NANOPARTIKEL ZNO/CARBOXYMETHYL
CELLULOSE (CMC)

198

Yunus Bonhard Nade dan Horasdia Saragih

PENGARUH UKURAN WADAH PADA SISTEM PENYIMPAN ENERGI TERMAL DARI
MINYAK KELAPA
Zulfikar Fahmi, Inge. M. Sutjahja, Surjamanto W.

ISBN 978-602-19655-7-3

10

202

Prosiding Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014)
17-18 November 2014, Bandung, Indonesia

Jadwal Acara SKF 2014
Hari 1 ( 17 November 2014)
07.00-09.00

Registrasi

09-00-09.10

Pembukaan

09.10-09.20

Sambutan Ketua Panitia

09.20-09. 30

Sambutan Ketua Prodi Fisika

09.30-09.40
09.30-10.30

10.30-11.30

Sesi Foto Bersama
Pembicara Kunci- 1 :
Suparno Satira (KS-1)
“Keteraturan Agung dalam Alam Semesta (The
Golden Rules of the Universe)”
Pembicara Kunci- 2 :
Andriyan B. Suksmono (KS-2)
“Sparse Sampling and Reconstruction of Fractional Brownian
Motions Signals”

11.30-13.00

Istirahat Siang

13.00-15.00

Sesi Paralel 1

15.00-15.15

Coffee Break

15.00-17.15

Sesi Paralel 2

Hari 2 ( 18 November 2014)
07.30-09.15

Sesi Paralel 3

09.15-09.30

Coffee Break
Pembicara Kunci 3 :
Supriadi (KS-3)
“Peran Komputasi dalam Fisika untuk Menjelaskan Sifat
Perpindahan Panas pada Material”

09.45-10.45

10.45-11.45

Pembicara Kunci-4 :
Eddy Hermawan (KS-4)
“Rencana Pembangunan EMU (Equatorial Middle and
Upper) Radar di Bukittinggi, Sumatera Barat Terkait dengan
Pengembangan Kajian Dinamika Vertikal Atmosfer Indonesia”

11.45-13.00

Istirahat Siang

13.00-15.00

Sesi Paralel 4

15.00-15.15

Coffee Break

15.00-16.45

Sesi Paralel 5

ISBN 978-602-19655-7-3

11

Prosiding Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014)
17-18 November 2014, Bandung, Indonesia

Kajian Mekanisme Difusi pada sistem mikrophysiologi model pada
Monte Carlo Simulator Cell (MCell)
Adita Sutresno, Moh. Faizal Fajri Al Amin, Idam Arif, Sparisoma Viridi, Freddy Haryanto
Email: [email protected]

Abstrak
Fungsi sebuah susunan saraf dapat dilihat pada skala yang berbeda, dan dapat dilakukan dengan
pendekatan komputasi mulai dari sistem organ sampai molekular, dari ukuran cm sampai angstroms. Pada
tingkat cellular dan subcellular signal dapat dimodelkan sesuai dengan kebutuhan dengan struktur yang
relistis. Pada studi ini telah dilakukan penelitian dengan mensimulasikan fungsi synapse mikrophysiologi
berbasis metode Monte Carlo dengan software Monte Carlo Cell (MCell). MCell merupakan software
berbasiskan metode Monte Carlo yang menerapkan hukum Fick untuk proses difusi, yang mana MCell
terbagi menjadi dua bagian yaitu pemodelan dan simulasi. Selain itu beberapa parameter yang terdapat
dalam MCell meliputi posisi molekul, panjang dari time-step, dan jumlah time-step iterasi. Dan yang menjadi
titik berat pada penelitian ini adalah parameter run-time untuk setiap simulasi yang dilakukan.
Dari hasil simulasi untuk bentuk kubus dengan dimensi 1x1x1 µm, jumlah molekul permukaan yang dapat
berfungsi sebagai protein receptor 100 molekul dan jumlah molekul volume yang merupakan jumlah molekul
yang akan didistribusikan lewat proses difusi terhadap molekul permukaan antara 1000-10.000 molekul,
menunjukkan pola yang seragam. Dimana waktu yang diperlukan untuk setengah jumlah molekul volume
mengalami difusi adalah 0.003659 detik dengan simpangan deviasi 0.000235 detik. Dan untuk simulasi
dengan ketebalan kubus yang berubah antara 0.1 – 1 µm dengan penambahan 0.1 µm, dan jumlah molekul
yang didistribusikan sama yaitu 10.000, menghasilkan fungsi untuk semua ketebalan adalah eksponensial.
Dan untuk perubahan ukuran dengan bentuk kubus, memberikan hubungan yang linear, bahwa semakin
panjang lintasan memberi pengaruh pada lama proses difusi juga semakin lama. Sedangkan untuk
perbandingan perubahan bentuk (kubus, silinder dan bola) dengan volume dan jumlah molekul yang sama,
menunjukkan bahwa untuk setengah jumlah molekul yang terdifusi bentuk bola menjadi bentuk yang paling
cepat proses difsinya diikuti silinder dan kubus.
Berdasarkan hasil dan hipotesa yang sudah diperoleh, maka dapat disimpulkan bahwa jumlah molekul yang
didifusikan tidak mempengaruhi waktu yang diperlukan untuk proses difusi. Selain itu seluruh fungsi proses
difusi dengan bentuk kubus memenuhi permasaan eksponensial dan sesuai dengan persamaan difusi untuk
konsentrasi tinggi.
Kata-kata kunci: MCell, Synapse, Simulasi Sell

difusi pada membran-membran yang ada dalam
tubuh [3], [4], [5].

Pendahuluan
Difusi adalah proses penting yang terjadi
dalam bagian mahkluk hidup terutama pada
bagian sel. Dimana difusi adalah proses
perpindahan material seperti ion, atom atau
molekul dari bagian yang berkonsentrasi lebih
tinggi ke bagian yang berkonsentrasi lebih
rendah [1]. Untuk mempelajari proses difusi
pada bagian yang sangat kecil ukurannya, maka
penggunaan sebuah simulasi akan sangat
membantu. Penelitian dengan menggunakan
simulasi khususnya Monte Carlo Cell (MCell)
walaupun baru dimulai pada tahun 1996 [2],
namun hasil-hasil penelitian sudah banyak
terutama dalam mensimulasikan dalam proses

ISBN 978-602-19655-7-3

Pada penelitian ini merupakan studi awal
dalam mempelajari proses difusi dengan
simulasi MCell terutama di Indonesia. Fokus
utama dalam simulasi adalah bentuk geometri
dasar yang terdiri dari kubus, silinder, dan bola
(icosphere). Untuk parameter yang digunakan
sebagai variasi simulasi meliputi perubahan
jumlah molekul untuk difusi pada geometri
kubus, dimana jumlah molekul berubah dari
1000-10.000 molekul dengan penambahan tiap
1000 molekul. Selain itu pada perubahan
panjang kubus dari panjang 0,1-1 µm dan
diubah tiap 0,1 µm sebagai variasi perubahan
disimulasikan pada jumlah molekul 10.000. Dan

31

Prosiding Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014)
17-18 November 2014, Bandung, Indonesia

dalam bentuk lain yaitu   4 Dt . Sehingga
probability density function (pdf) dari posisi akhir
suatu molekul yang berdifusi secara matematis
dapat ditulis menjadi persamaan (3).

bagaimana disimulasikan pengaruh perubahan
geometri terhadap lama difusi, dengan
membandingkan bagaimana lama difusi untuk
kubus, silinder dan bola pada dimensi yang
sama.

 (r , t ) 

Teori
MCell adalah software beralgoritma Monte
Carlo
yang
dikembangkan
untuk
mensimulasikan proses yang terjadi pada sistem
sel. Program MCell dikembangkan oleh National
Resource for Biomedical Supercomputing,
Pittsburgh University, dan merupakan software
open
source
yang
dapat
didapat
di
http://www.mcell.cnl.salk.edu/
[5],[6].
Untuk
membuat geometri seperti yang diinginkan
MCell memanfaatkan software CellBlender pada
add-on di MCell. Simulasi dengan MCell meliputi
empat tahap, yaitu : 1. Mendisain permukaan
atau rekontruksi, 2. Visualisasi dan desain
model, 3. Simulasi, 4. Visualisasi dan analisa
hasil.

c (r , t )

(4 Dt )

d

e

(3)

Tabel. 1. Parameter penelitian untuk mengetahui
pengaruh jumlah molekul, perubahan dimensi
dan perubahan geometri
Parameter
Iterasi
Time step
Konstanta Difusi Molekul Volume 1
Konstanta Difusi Molekul Volume 2
Konstanta
Difusi
Molekul
Permukaan
Konstanta Laju Reaksi Molekul

Dimensi
Bidang
Cube,
Cylinder, Icosphere (x,y,z)
Jumlah Molekul Volume
Jumlah Molekul Permukaan

Nilai Standar
25000
1x10-5 s
1x10-6 cm2 s-1
1x10-6 cm2 s-1
0 cm2 s-1
1x108 M-1 s-1
1 x1x1 µm
1000 - 10000
100

Dari simulasi yang dilakukan didapat grafik
antara jumlah molekul terhadap waktu (dt)
seperti terlihat pada gambar 1. Pada grafik
tersebut merupakan hasil normalisasi dari jumlah
molekul yang disimulasikan yaitu dari 100010.000 molekul yang sudah dinormalisasi,
sehingga jumlah molekul yang didifusikan paling
tinggi pada nilai 1 dan terendah pada nilai 0.
Sedangkan waktu difusi pada axis x merupakan
perkalian antara iterasi dengan time step yang
merupakan lamanya proses difusi terjadi dalam

(2)

2

. Jarak difusi dapat dinyatakan

ISBN 978-602-19655-7-3

/2

Adapun parameter yang digunakan untuk
simulasi
pada
geometri
kubus
dengan
perubahan jumlah molekul, perubahan panjang
kubus dengan jumlah molekul 10.000 dan
dimensi untuk ketiga geometri yang berbeda
dapat dilihat seperti pada tabel 1.

Dimana d merupakan ukuran dimensi dari ruang
difusi(2 untuk 2-D dan 3 untuk 3-D). Karena
konsentrasi dianggap simetris secara radial,
maka r (jarak perpindahan molekul) dapat diganti
menjadi r  r

2

Pemodelan yang dilakukan menggunakan
CellBlender berupa bentuk dasar geometri
meliputi kubus, silinder dan bola (icosphere).
Dan simulasi yang dilakukan menggunakan
MCell meliputi perubahan jumlah molekul yang
didifusikan pada geometri kubus yaitu untuk
untuk jumlah molekul 1000-10.000 dengan
perubahan tiap 1000 molekul. Kemudian
perubahan panjang dari kubus dengan jumlah
molekul yang sama dan terakhir adalah simulasi
untuk ketiga bentuk geometri yang berbeda
namun mempunyai ukuran dimensi yang sama.

Dimana D adalah konstanta difusi dari suatu
molekul pada medium dan temperature tertentu.
MCell merupakan metode Monte Carlo cepat
(Fast Monte Carlo method) dimana proses
dipercepat dengan menggunakan distribusi yang
dipakai sebagai acuan atau standar yaitu
menyimpan nilai-nilai tersebut pada memori
sebagai fungsi look-up table kemudian
menggunakan bilangan acak untuk mengetahui
setiap perpindahan dari molekul tersebut. Pada
proses simulasi untuk molekul tunggal, dimana
molekul tersebut diletakkan pada koordinat
(0,0,0) dengan waktu t = 0 dan berdifusi dengan
konstanta difusi D, dapat ditulis dalam
persamaan matematis seperti persamaan (2).
 r .r /4 Dt

er

Hasil dan diskusi

(1)

1



d

Untuk menentukan jarak radial dari difusi,
dibutuhkan variabel random dari x (jarak), θ arah
radial) dan φ (arah putar) [7], [8].

Proses difusi yang disimulasikan dengan
MCell merupakan persamaan dari perubahan
konsentrasi terhadap waktu atau lebih dikenal
sebagai hukum Fick kedua, dimana konsentrasi
molekul c(r,t) dapat bergerak secara acak dalam
arah 3-D dan dapat dituliskan secara matematis
seperti terlihat pada persamaan (1).

c
 D 2r c
t



1
d /2

32

Prosiding Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014)
17-18 November 2014, Bandung, Indonesia

simulasi. Untuk nilai-nilai parameter seperti
konstanta difusi molekul volume 1, 2, dan
molekul permukaan, serta konstanta laju rekasi
merupakan parameter yang diperoleh pada
tutorial MCell, dan bukan merupakan nilai-nilai
yang didapat dari hasil eksperimen.

Gambar 2. Grafik ketebalan bidang terhadap
waktu yang terjadi pada saat terjadinya waktu
paruh proses difusi.
Hubungan linear memberi arti bahwa
semakin panjang kubus menjadikan volume
tempat molekul menjadi lebih besar dan
menyebabkan kerapatan dalam volume tersebut
menjadi kecil. Kondisi ini menyebabkan
konsentrasi menjadi menurun dan akibatkan
kecepatan difusi juga menurun, sehingga waktu
yang diperlukan untuk separuh jumlah molekul
mengalami proses difusi menjadi lebih lama,
namun mempunyai hubungan linear. Dengan
semakin
menurunnya
konsentrasi
juga
menyebabkan pencapaian kondisi setimbang
juga semakin lama.

Gambar 1. Grafik normalisasi perubahan jumlah
molekul terhadap waktu dalam proses difusi
geometri kubus
Hasil
simulasi
menunjukkan
bahwa
perubahan jumlah molekul dari 1000 – 10.000
tidak memberikan perubahan secara signifikan
dari proses difusi, hanya sedikit kelihatan
perubahan mulai 0,005 – 0,015 dt sehingga
jumlah molekul yang didifusikan perlu lebih
banyak lagi untuk mengetahui perubahan yang
terjadi. Namun demikian persamaan yang yang
dihasilkan dari simulasi untuk ke 10 variasi
jumlah molekul adalah relatif sama yaitu
semuanya merupakan fungsi eksponensial.
Salah satu persaman yang dihasilkan dari

Adapun hasil yang diperoleh untuk simulasi
geometri yang berbeda antara kubus, silinder
dan bola menunjukkan bahwa ketiga geometri
tersebut memberikan hubungan yang linear,
seperti terlihat pada gambar 3.

jumlah molekul 9000 adalah y  9325.6e
,
dimana bentuk persamaan ini serupa dengan
persamaan (2).
198.2t

Untuk hasil simulasi perubahan dimensi
kubus dimana kubus dirubah panjangnya dari
0,1 – 1 µm dengan perubahan tiap 0,1 µm
dengan mengambil jumlah molekul yang
didifusikan sebanyak 10.000 molekul terhadap
waktu memberikan hubungan yang linear seperti
nampak pada gambar 2. Dimana waktu yang
dimaksud adalah waktu yang diperlukan untuk
terjadinya proses difusi sampai separuh molekul
terdifusikan.

Gambar 3. Grafik separuh waktu difusi molekul
terhadap waktu untuk perubahan geometri
volume icosphere 0.5236 µm 3, cylinder 0.7854
µm3, dan cube 1 µm3 dengan dimensi setiap
bidang 1 x1 x1 µm.
Dengan dimensi yang sama dari geometri
yang berbeda memberikan pengaruh waktu
difusi yang berbeda, hal ini disebabkan karena
tiap geometri yang berbeda mempunyai luas
permukaan yang berbeda. Dimana luas

ISBN 978-602-19655-7-3

33

Prosiding Seminar Kontribusi Fisika 2014 (SKF 2014)
17-18 November 2014, Bandung, Indonesia

permukaan memberi pengaruh pada luasan
yang dilewati molekul untuk berdifusi, dan
dengan semakin luas permukaan interaksi
memberikan pengaruh pada semakin cepat
proses difusinya. Selain itu juga volume yang
berbeda
menyebabkan
konsentrasi
yang
berbeda dan berakibat pada kecepatan difusi
juga berbeda. Dari ketiga bentuk geometri
menunjukkan
bahwa
bola
memberikan
kecepatan proses difusi paling cepat diikuti
dengan geometri silinder dan kubus.

[6] R. A. Kerr, "Cellular Modeling with MCell,"
Howard Hughes Medical Institute, Ashburn,
2007.
[7] R. A. Kerr, M. T. Bartol, B. Kaminsky and
et.al, "Fast Monte Carlo Simulation Methods
for Biological Reaction-Diffusion System in
Solution and on Surface," SIAM J Sci
Comput, vol. 30(6), no. October 13, p. 3126,
2008.
[8] E. D. Schutter, Computational Neuroscience
Realistic Modeling for Experimentalists,
Antwerp: CRC Press, 2000.

Kesimpulan
Jumlah molekul yang sedikit menyebabkan
perubahan konsentrasi pada proses difusi tidak
terlihat jelas untuk tiap perubahan jumlah
molekul. Namun demikian persamaan hasil
simulasi hasil simulasi memberikan format yang
sama dengan persamaan difusi secara teoritik.
Selain itu simulasi untuk dimensi kubus memberi
hubungan linear antara penambahan panjang
kubus terhadap lama proses difusi, dan
perubahan simulasi perubahan geometri (kubus,
silinder, bola) pada volume yang sama
memberikan hubungan linear terhadap proses
difusi.

Adita Sutresno*
Nuclear Physics and Biophysics Research Division
Department of Physics, Institut Teknologi Bandung
Department of Physics, Universitas Kristen Satya
Wacana
[email protected]

Moh. Faizal Fajri Al Amin
Nuclear Physics and Biophysics Research Division
Department of Physics, Institut Teknologi Bandung
[email protected]

Idam Arif
Nuclear Physics and Biophysis Research Division
Institut Teknologi Bandung
[email protected]

Ucapan terima kasih
Penulis mengucapkan terima kasih untuk ITB
dan JICA atas dukungan pendanaan pada
penelitian
ini
melalui
Program
Proyek
Pengembagan ITB (III) 2014 dengan nomer SK
1575/I1.C01/PL/2014.

Sparisoma Viridi
Nuclear Physics and Biophysis Research Division
Department of Physics, Institut Teknologi Bandung
[email protected]

Referensi

Freddy Haryanto

[1] I. Vakalis, "Diffusion in Biology: A
Mathematical Modeling Approach," W.M Keck
Foundation, Ohio, 2002.
[2] S. R. Joel , D. V. Helden, T. M. Bartol and et,
al, "Miniature endplate current rise time < 100
micrometerfrom improved dual rcordings can
modeled with passive acetycholine diffusion
from a synaptic vesicle," Proc. Natl Acad. Sci,
vol. 93, no. June 1996, pp. 5747-5752, 1996.
[3] J. R. Stiles, I. V. Kovyazina, E. E. Salpeter
and M. M. Salpeter, "The Temperature
Sensitivity of Miniature Endplate Current Is
Mostly Governed by Channel Gating:
Evidence from Optimized Recordinga and
Monte Carlo Simulation," Biophysics Journal,
vol. 77, no. Agust 1999, pp. 117-1187, 1999.
[4] J. P. Dilger, "Monte Carlo Simulation of
Buffered Diffusion into and out of a Model
Synapse," Biophysical, pp. 959-967, 2010.
[5] J. P. Dilger, "Simulation of the kinetics of
Neuromuscular block: Implication for speed of
onset," Anesthesis & Analgesia, pp. 792-802,
2013.

Nuclear Physics and Biophysis Research Division
Department of Physics, Institut Teknologi Bandung
[email protected]

ISBN 978-602-19655-7-3

*Corresponding author

34

Dokumen yang terkait

M01414

1 2 16