Study Dan Aplikasi Efek Medan Elektrik Terhadap Membran Sel Bakteri Escherichia Coli
STUDY DAN APLIKASI EFEK MEDAN ELEKTRIK TERHADAP
MEMBRAN SEL BAKTERI ESCHERICHIA COLI
TESIS
Oleh
MARTUA DAMANIK, S.SI
117026020/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
STUDY DAN APLIKASI EFEK MEDAN ELEKTRIK TERHADAP
MEMBRAN SEL BAKTERI ESCHERICHIA COLI
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh
gelar Magister Sains dalam Program Studi
Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana
Fakultasn MIPA Universitas Sumatera Utara
Oleh
MARTUA DAMANIK, S.SI
117026020/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN TESIS
Judul Tesis
:
STUDY DAN APLIKASI EFEK
MEDAN ELEKTRIK TERHADAP
MEMBRAN SEL BAKTERI
ESCHERICHIA COLI
Nama Mahasiswa
:
MARTUA DAMANIK, S.Si
Nomor Induk Mahasiswa
:
117026020
Program Studi
:
Magister Fisika
Fakultas
:
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Menyetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
Promotor
Dr. Kerista Tarigan, M.Eng.Sc
Co. Promotor
Ketua Program Studi
Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
Dekan,
Dr. Sutarman, MS
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN ORISINALITAS
STUDY DAN APLIKASI EFEK MEDAN ELEKTRIK TERHADAP
MEMBRAN SEL BAKTERI ESCHERICHIA COLI
TESIS
Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya
sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah di jelaskan sumbernya dengan
benar.
Medan, Juni 2013
Martua Damanik, S.Si
NIM. 117026020
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK
KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah
ini:
Nama
NIM
Program Studi :
Jenis karya Ilmiah
:
:
:
:
Martua Damanik, S.Si
117026020
Magister Fisika
Tesis
Dengan pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas
Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif (Non-Exclusive Royalti Free Right) atas
Tesis saya yang berjudul:
STUDY DAN APLIKASI EFEK MEDAN ELEKTRIK TERHADAP
MEMBRAN SEL BAKTERI ESCHERICHIA COLI
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan).Dengan hak bebas Royalti Non Ekslusif ini.,
Universitas Sumatera Utara berhak meyimpan, mengalih media, memformat, mengelola
dalam bentuk data base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari
saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau
sebagai pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan, 18 Juni 2013
Martua Damanik, S.Si
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada
Tanggal : 18 Juni 2013
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua
:
Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
Anggota
:
1.
Dr. Kerista Tarigan, M.Eng.Sc
2.
Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS
3.
Dr. Bisman Perangin-angin, M.Eng.Sc
4.
Dr. Poltak Sihombing, M.Eng.Sc
5,
Drs. Adityawarman, MS
Universitas Sumatera Utara
Kata Pengantar
Pertama-tama kami panjatkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas
segala limpahan rakhmat dan karuniaNya sehingga tesis ini dapat diselesaikan.
Dengan selesainya tesis ini, perkenankan kami mengucapkan terima ksih yang
sebesar-besarnya kepada:
Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc
(CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada kami untuk mengikuti dan
menyelesaikan pendidikan Progrm Magister.
Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara, Dr. Sutarman, MS atas
kesempatan menjadi mahasiswa program Magister pada Program Pascasarjana FMIPA
Universitas Sumatera Utara.
Ketua Program Studi Magister Fisika, Dr. Nasruddin MN, M.Eng, Sc, Sekretaris
Program Studi Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS beserta seluruh Staf Pengajar pada
Program Studi Magister Fisika Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera
Utara.
Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya kami ucapkan
kepada Dr. Nasruddin MN, M.Eng. Sc selaku promotor Utama yang denga penuh perhatian
dan telah memberikan dorongan, bimbingan dan arahan, demikian juga kepada Dr. Kerista
Tarigan, M.Eng. Sc selaku Co. Promotor yang penuh kesabaran menuntun dan membimbing
kami sehingga selesainya penelitian ini.
Kepada Bapak (Alm) A. Damanik dan Ibu Berta Napitu serta isteri tersayang Josepa
Nora Donata br Simanjuntak dan anak-anakku terkasih Yosephin ME, Geraldine IC dan
Stella PM. Terima kasih atas segala pengorbanan kalian baik berupa moril maupun materil,
budi baik ini tidak dapat dibalas hanya diserahkan kepada Tuhan Yang Maha Esa.
Martua Damanik, S.Si
i
Universitas Sumatera Utara
halaman
ABSTRAK
i
ABSTRACT
ii
KATA PENGANTAR
iii
DAFTAR ISI
v
DAFTAR TABEL
vii
DAFTAR GAMBAR
viii
DAFTAR LAMPIRAN
x
DAFTAR LAMBANG
xi
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1
Latar Belakang
1
1.2
Permasalahan Masalah
3
1.3
Tujuan
4
1.4
Manfaat Penelitian
4
1.5
Model Rangkaian Penelitian
4
6
BAB II Tinjauan Pustaka
2.1
2.2
Medan Elektrik dan Potensial
6
2.1.1
Intensitas Medan Elektrik
7
2.1.2
Potensial dan Medan Elektrik
7
2.1.3
Arus Konduksi
7
2.1.4
Potensial dan Momen Dipole
8
2.1.5
Dielektrik dan Polarisasi
10
Pembangkit Tegangan Tinggi
12
2.2.1
Sistem Pembangkit Tegangan Tinggi
12
2.2.2
Transformator Penaik Tegangan
13
ii
Universitas Sumatera Utara
2.3
2.2.3
Pembentuk Impulsa
15
2.2.4
Sphere Gap
17
2.2.5
Penyimpan Muatan
18
Potensial Nernst Pada Membran
21
2.3.1
Struktur Membran Sel dan Fungsi Sel
22
2.3.2
Tubuh Dan Membran Saraf Nematoda
25
2.3.3
Dielektrik Rupture
26
2.3.4
Elektro-Gravimetri dan Kapasitansi Membran Sel
28
2.3.5
Elektroporasi
29
BAB III BAHAN DAN METODE PENELITIAN
3.1
30
Tempat Penelitian
30
3.2 Komponen Dan Bahan
30
3.3
3.2.1
Komponen
30
3.2.2
Peralatan
30
3.2.3
Sampel
31
Pembangkit Medan Elektrik
32
3.4. Prosedur Penelitian
33
3.5. Metode Penelitian
34
3.5.1
Distribusi V dan E Dalam Ruang
34
3.5.2
Distribusi Potensial Dalam Ruang Sampel
34
3.5.3
Faktor Peningkatan Potensial Membran Sel
36
3.5.4
Variabel Pengamatan
37
3.5.4.1
Parameter θ
37
3.5.4.2
Parameter r
37
38
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
iii
Universitas Sumatera Utara
4.1
Data Pengujian Sphere Gap
4.1.1
4.2
38
Analisa Tegangan Break down Sphere Gap
39
Data Pengujian Pembangkit Impulsa
39
4.2.1
41
Analisis Data Pengujian Pembangkit Impulsa
4.3 Penentuan Potensial, Sudut dan Impulsa
4.4
4.5.
42
4.3.1
Penentuan Potensial Velek dan Vsel
42
4.3.2
Penentuan Vin Terhadap Velek
44
Penentuan Sudut 6 Terhadap Vin, Velek Dan Es
45
4.3.3
Bentuk Impulsa Vi, Velek Terhadap Terhadap Waktu
47
4.3.4
Penentuan Kondisi Rupture
48
Data Hasil Penelitian Objek
49
4.4.1
Data Dampak Peningkatan Tegangan
49
4.4.2
Data Foto Dampak Peningkatan Tegangan
50
Analisis Data Penelitian Objek
52
4.5.1.
Analisis Tegangan Pada Media Air
54
4.5.2.
Analisa Intensitas E Pada Media Air
55
4.5.3.
Analisis Rupture Pada Lipid Bilayer
56
4.6. Analisis Pengaruh Faktor Diameter
58
4.7. Analisis Kapasitansi Sel Saraf Terhadap waktu
59
4.8. Penentuan Daya Serap Energi Membran Sel
60
4.9. Penentuan Kapasitansi dan Energi Ruang Sampel
60
4.10 Simulasi Komputasi Tegangan Terhadap Media
61
4.10.1.
Simulasi Tegangan Elektroda Media Tanah
62
4.10.2.
Simulasi Tegangan Elektroda Media Udara
62
4.11. Simulasi Tegangan Elektroda Velek Media Terhadap Sudut
63
iv
Universitas Sumatera Utara
65
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan
65
5.2
Saran
66
67
Daftar Pustaka
Daftar Riwaya Hidup
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
2.1
Dielektrik Relatif Beberapa Material
24
4.1
Efek Variasi Tegangan Medan Elektrik Pada bakteri escericia coli
68
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
1.1
Diagram Model Penelitian
5
2.1
Intensitas E Terhadap Muatan Titik
6
2.2
Kontour Garis Medan dan Momen Dipol
9
2.3
Polarisasi Pengaruh Medan Elektrik
10
2.4.
Polarisasi Pada Slab Kapasitor
11
2.5
Diagram Pembangkit Impulsa
12
2.6
Skematik Tranformator Penaik Tegangan Dua Tingkat
13
2.7
Rangkaian Pembangkit Tegangan Tinggi Searah
15
2.8
Rangkaian Pembentuk Impulsa Dengan Jaringan RC
16
2.9
Bentuk Gelombang Impulsa, U (t)
17
2.10
Gamb ar Sphere Gap
17
2.11
Skema Kapasitor Plat Sejajar
19
2.12
Gambar Arah Medan Elektrik pada Plat Kapasitor
20
2.13
Rangkaian Setara Transmisi Pada Saraf.
21
2.14
Membran Plasma Model Mosaic Cair
23
2.15
Sistem Sara Nematoda
24
2.16
Bagian Tubuh Nematoda
25
2.17
Irisan Tubuh Saraf Nematoda
26
2.18
Rangkaian Setara Membran
28
3.1
Model Rangkaian Lengkap Penelitian
32
Distribusi Garis Equipotensial V dan E Dalam Ruang Sampel
3.2
Model Ruang Sampel
35
3.3
Arah Medan Elektrik E Tarhadap θ
37
4.1
Peralatan Pembangkit Tegangan Impulsa RC
40
4.2
Hubungan Tegangan Input vs Output Impulsa
41
4.3
Bentuk Tegangan Impulsa U(t) Terhadap Waktu
41
4.4
Bentuk Gelombang Impulsa dari Osiloskop
42
4.5
Grafik Hubungan E Velek-vs-Av dan Sudut 6
44
4.6
Grafik Hubungan Vin-vs-Velek
45
4.8
Grafik Hubungan Pengaruh Sudut Vin, Velek, Es.
47
4.9
Bentuk Tegangan Impulsa
47
vii
Universitas Sumatera Utara
4.10
Dampak Pertubasi Medan
51
4.11
54
4.12
Grafik Tegangan Elektroda Wadah Air terhadap Sudut
56
4.13
Grafik Peningkatan Intensitas E Dielektrik
58
4.14
Grafik Tegangan V sel Membran terhadap Impulsa t
59
4.15
Grafik Tegangan Wadah Tanah Terhadap Sudut dan
62
4.16
Tegangan Elektroda Wadah Udara Terhadap Sudut dan
63
4.17
Simulasi Tegangan Elek. Wadah Air, Tanah dan Udara
64
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Halaman
1
Diagram Alir Proses Peningkatan Tegangan Elektroda
72
2
Struktur lipid bilayer dalam keadaan normal dan rusak
73
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMBANG
LAMBANG
Cm
Kapasitansi Membran Sel
D
Densitas Fluksi, C/mA2
dc
Arus Rata, direct current
Dn
Densitas Fluksi Dalam Keadaan Normal
Dr
Densitas Fluksi Dalam KeadaanRupture, Pecah
dc
Diameter sel
E
Intensitas Medan Elektrik
Er
Medan Elektrik Dalam Keadaa Rupture
En
Medan Elektrik Dalam Keadaan Normal
Es
Medan Elektrik Membran Sel
Ei
Medan Elektrik Pada Isolator
sr air
Konstanta Dielektrik Relatif Air
sr
Konstanta Dielektrik Relatif
sri
Dielektrik Membran Relatif Isolator
srk
Konstanta Dielektrik Relatif Kutikula
srs
Dielektrik Membran Relatif Sel
srt
Konstanta Dielektrik Relatif Tanah
srr
Konstanta Dielektrik Membran Dalam Keadaan Rupture
so
Konstanta Dielektrik Udara
W
Energi Yang Tersimpan Dlam Kapasitor, Joule AVs PotensiaMembran
θ
Sudut Antara Arah Medan Elektrik E Terhadap Membran Sel.
x
Universitas Sumatera Utara
STUDY APPLICATION OF ELECTRIC FIELD EFFECTS ON CELL
MEMBRANCE ESCHERICHIA COLI BACTERIA
ABSTRACT
The application using of electric field in the cell membrane in bacteria escherichia
coli, with to determine influence field toward cell membrance, due to an increase in
transmembrane potensial in bacteria escherichia coli cells and also to find out how the
effects on the cell membrane caused by changes in the applied voltage. The using at variation
of pulse electric field at 20kV/19mm, 40kV/19mm, 50kV/19mm and 55kV/19mm. Of the
transmembrane potensial increase to the critical condition of the ionization process will
occur and increase the concentration of ions in the positive and negative ion out of the cell,
so that the metabolism in the cell as activation energy had stalled due to rupture cell
membranes or broken. The result show reduction in the number of bacteria that survive
20kV/19mm = 331CFU; 40kV/19mm = 279 CFU, 50kV/mm = 232 CFU and 55kV/19mm =
212 CFU. This result show that improvement change effect existence influencing reduction
bacteria estherichia coli colony which live on.
Keywords : Method of electric field pulse, transmembrance potential, rupture.
ABSTRAK
Penerapan penggunaan aplikasi medan elektrik pada membran sel bakteri escherichia
coli, dengan tujuan untuk mengetahuui pengaruh medan elektrik terhadap membran sel
karena terjadi peningkatan potensial transmembran sel pada bakteri escherichia coli dengan
perubahan tegangan yang diberikan, pada variasi pulsa medan elektrik 20kV/19mm,
40kV/19mm, 50kV/19mm dan 55kV/19mm. Dari peningkatan potensial transmembran
sampai pada kondisi kritis akan terjadi proses ionisasi dan peningkatan konsentrasi ion-ion
positif di dalam dan ion-ion negatif keluar dari dalam sel, sehingga metabolisma dalam sel
sebagai energi aktivasi terhenti dikarenakan membran sel mengalami rupture atau pecah.
Data hasil yang diperoleh menunjukkan terjadinya pengurangan jumlah bakteri yang bertahan
hidup yaitu pada pulsa medan elektrik 20kV/19mm = 331CFU, 40kV/19mm = 279 CFU,
50kV/19mm = 232 CFU, dan 55kV/19mm = 212 CFU. Hasil-hasil ini menunjukkan bahwa
adanya efek perubahan peningkatan tegangan yang mempengaruhi pengurangan jumlah
koloni bakteri escherichia coli yang bertahan hidup.
Kata Kunci : Metode Medan elektrik berpulsa, potensial transmembran, rupture
xi
Universitas Sumatera Utara
MEMBRAN SEL BAKTERI ESCHERICHIA COLI
TESIS
Oleh
MARTUA DAMANIK, S.SI
117026020/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
STUDY DAN APLIKASI EFEK MEDAN ELEKTRIK TERHADAP
MEMBRAN SEL BAKTERI ESCHERICHIA COLI
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh
gelar Magister Sains dalam Program Studi
Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana
Fakultasn MIPA Universitas Sumatera Utara
Oleh
MARTUA DAMANIK, S.SI
117026020/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN TESIS
Judul Tesis
:
STUDY DAN APLIKASI EFEK
MEDAN ELEKTRIK TERHADAP
MEMBRAN SEL BAKTERI
ESCHERICHIA COLI
Nama Mahasiswa
:
MARTUA DAMANIK, S.Si
Nomor Induk Mahasiswa
:
117026020
Program Studi
:
Magister Fisika
Fakultas
:
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Menyetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
Promotor
Dr. Kerista Tarigan, M.Eng.Sc
Co. Promotor
Ketua Program Studi
Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
Dekan,
Dr. Sutarman, MS
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN ORISINALITAS
STUDY DAN APLIKASI EFEK MEDAN ELEKTRIK TERHADAP
MEMBRAN SEL BAKTERI ESCHERICHIA COLI
TESIS
Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya
sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah di jelaskan sumbernya dengan
benar.
Medan, Juni 2013
Martua Damanik, S.Si
NIM. 117026020
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK
KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah
ini:
Nama
NIM
Program Studi :
Jenis karya Ilmiah
:
:
:
:
Martua Damanik, S.Si
117026020
Magister Fisika
Tesis
Dengan pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas
Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif (Non-Exclusive Royalti Free Right) atas
Tesis saya yang berjudul:
STUDY DAN APLIKASI EFEK MEDAN ELEKTRIK TERHADAP
MEMBRAN SEL BAKTERI ESCHERICHIA COLI
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan).Dengan hak bebas Royalti Non Ekslusif ini.,
Universitas Sumatera Utara berhak meyimpan, mengalih media, memformat, mengelola
dalam bentuk data base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari
saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau
sebagai pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan, 18 Juni 2013
Martua Damanik, S.Si
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada
Tanggal : 18 Juni 2013
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua
:
Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
Anggota
:
1.
Dr. Kerista Tarigan, M.Eng.Sc
2.
Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS
3.
Dr. Bisman Perangin-angin, M.Eng.Sc
4.
Dr. Poltak Sihombing, M.Eng.Sc
5,
Drs. Adityawarman, MS
Universitas Sumatera Utara
Kata Pengantar
Pertama-tama kami panjatkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas
segala limpahan rakhmat dan karuniaNya sehingga tesis ini dapat diselesaikan.
Dengan selesainya tesis ini, perkenankan kami mengucapkan terima ksih yang
sebesar-besarnya kepada:
Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc
(CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada kami untuk mengikuti dan
menyelesaikan pendidikan Progrm Magister.
Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara, Dr. Sutarman, MS atas
kesempatan menjadi mahasiswa program Magister pada Program Pascasarjana FMIPA
Universitas Sumatera Utara.
Ketua Program Studi Magister Fisika, Dr. Nasruddin MN, M.Eng, Sc, Sekretaris
Program Studi Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS beserta seluruh Staf Pengajar pada
Program Studi Magister Fisika Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera
Utara.
Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya kami ucapkan
kepada Dr. Nasruddin MN, M.Eng. Sc selaku promotor Utama yang denga penuh perhatian
dan telah memberikan dorongan, bimbingan dan arahan, demikian juga kepada Dr. Kerista
Tarigan, M.Eng. Sc selaku Co. Promotor yang penuh kesabaran menuntun dan membimbing
kami sehingga selesainya penelitian ini.
Kepada Bapak (Alm) A. Damanik dan Ibu Berta Napitu serta isteri tersayang Josepa
Nora Donata br Simanjuntak dan anak-anakku terkasih Yosephin ME, Geraldine IC dan
Stella PM. Terima kasih atas segala pengorbanan kalian baik berupa moril maupun materil,
budi baik ini tidak dapat dibalas hanya diserahkan kepada Tuhan Yang Maha Esa.
Martua Damanik, S.Si
i
Universitas Sumatera Utara
halaman
ABSTRAK
i
ABSTRACT
ii
KATA PENGANTAR
iii
DAFTAR ISI
v
DAFTAR TABEL
vii
DAFTAR GAMBAR
viii
DAFTAR LAMPIRAN
x
DAFTAR LAMBANG
xi
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1
Latar Belakang
1
1.2
Permasalahan Masalah
3
1.3
Tujuan
4
1.4
Manfaat Penelitian
4
1.5
Model Rangkaian Penelitian
4
6
BAB II Tinjauan Pustaka
2.1
2.2
Medan Elektrik dan Potensial
6
2.1.1
Intensitas Medan Elektrik
7
2.1.2
Potensial dan Medan Elektrik
7
2.1.3
Arus Konduksi
7
2.1.4
Potensial dan Momen Dipole
8
2.1.5
Dielektrik dan Polarisasi
10
Pembangkit Tegangan Tinggi
12
2.2.1
Sistem Pembangkit Tegangan Tinggi
12
2.2.2
Transformator Penaik Tegangan
13
ii
Universitas Sumatera Utara
2.3
2.2.3
Pembentuk Impulsa
15
2.2.4
Sphere Gap
17
2.2.5
Penyimpan Muatan
18
Potensial Nernst Pada Membran
21
2.3.1
Struktur Membran Sel dan Fungsi Sel
22
2.3.2
Tubuh Dan Membran Saraf Nematoda
25
2.3.3
Dielektrik Rupture
26
2.3.4
Elektro-Gravimetri dan Kapasitansi Membran Sel
28
2.3.5
Elektroporasi
29
BAB III BAHAN DAN METODE PENELITIAN
3.1
30
Tempat Penelitian
30
3.2 Komponen Dan Bahan
30
3.3
3.2.1
Komponen
30
3.2.2
Peralatan
30
3.2.3
Sampel
31
Pembangkit Medan Elektrik
32
3.4. Prosedur Penelitian
33
3.5. Metode Penelitian
34
3.5.1
Distribusi V dan E Dalam Ruang
34
3.5.2
Distribusi Potensial Dalam Ruang Sampel
34
3.5.3
Faktor Peningkatan Potensial Membran Sel
36
3.5.4
Variabel Pengamatan
37
3.5.4.1
Parameter θ
37
3.5.4.2
Parameter r
37
38
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
iii
Universitas Sumatera Utara
4.1
Data Pengujian Sphere Gap
4.1.1
4.2
38
Analisa Tegangan Break down Sphere Gap
39
Data Pengujian Pembangkit Impulsa
39
4.2.1
41
Analisis Data Pengujian Pembangkit Impulsa
4.3 Penentuan Potensial, Sudut dan Impulsa
4.4
4.5.
42
4.3.1
Penentuan Potensial Velek dan Vsel
42
4.3.2
Penentuan Vin Terhadap Velek
44
Penentuan Sudut 6 Terhadap Vin, Velek Dan Es
45
4.3.3
Bentuk Impulsa Vi, Velek Terhadap Terhadap Waktu
47
4.3.4
Penentuan Kondisi Rupture
48
Data Hasil Penelitian Objek
49
4.4.1
Data Dampak Peningkatan Tegangan
49
4.4.2
Data Foto Dampak Peningkatan Tegangan
50
Analisis Data Penelitian Objek
52
4.5.1.
Analisis Tegangan Pada Media Air
54
4.5.2.
Analisa Intensitas E Pada Media Air
55
4.5.3.
Analisis Rupture Pada Lipid Bilayer
56
4.6. Analisis Pengaruh Faktor Diameter
58
4.7. Analisis Kapasitansi Sel Saraf Terhadap waktu
59
4.8. Penentuan Daya Serap Energi Membran Sel
60
4.9. Penentuan Kapasitansi dan Energi Ruang Sampel
60
4.10 Simulasi Komputasi Tegangan Terhadap Media
61
4.10.1.
Simulasi Tegangan Elektroda Media Tanah
62
4.10.2.
Simulasi Tegangan Elektroda Media Udara
62
4.11. Simulasi Tegangan Elektroda Velek Media Terhadap Sudut
63
iv
Universitas Sumatera Utara
65
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan
65
5.2
Saran
66
67
Daftar Pustaka
Daftar Riwaya Hidup
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
2.1
Dielektrik Relatif Beberapa Material
24
4.1
Efek Variasi Tegangan Medan Elektrik Pada bakteri escericia coli
68
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
1.1
Diagram Model Penelitian
5
2.1
Intensitas E Terhadap Muatan Titik
6
2.2
Kontour Garis Medan dan Momen Dipol
9
2.3
Polarisasi Pengaruh Medan Elektrik
10
2.4.
Polarisasi Pada Slab Kapasitor
11
2.5
Diagram Pembangkit Impulsa
12
2.6
Skematik Tranformator Penaik Tegangan Dua Tingkat
13
2.7
Rangkaian Pembangkit Tegangan Tinggi Searah
15
2.8
Rangkaian Pembentuk Impulsa Dengan Jaringan RC
16
2.9
Bentuk Gelombang Impulsa, U (t)
17
2.10
Gamb ar Sphere Gap
17
2.11
Skema Kapasitor Plat Sejajar
19
2.12
Gambar Arah Medan Elektrik pada Plat Kapasitor
20
2.13
Rangkaian Setara Transmisi Pada Saraf.
21
2.14
Membran Plasma Model Mosaic Cair
23
2.15
Sistem Sara Nematoda
24
2.16
Bagian Tubuh Nematoda
25
2.17
Irisan Tubuh Saraf Nematoda
26
2.18
Rangkaian Setara Membran
28
3.1
Model Rangkaian Lengkap Penelitian
32
Distribusi Garis Equipotensial V dan E Dalam Ruang Sampel
3.2
Model Ruang Sampel
35
3.3
Arah Medan Elektrik E Tarhadap θ
37
4.1
Peralatan Pembangkit Tegangan Impulsa RC
40
4.2
Hubungan Tegangan Input vs Output Impulsa
41
4.3
Bentuk Tegangan Impulsa U(t) Terhadap Waktu
41
4.4
Bentuk Gelombang Impulsa dari Osiloskop
42
4.5
Grafik Hubungan E Velek-vs-Av dan Sudut 6
44
4.6
Grafik Hubungan Vin-vs-Velek
45
4.8
Grafik Hubungan Pengaruh Sudut Vin, Velek, Es.
47
4.9
Bentuk Tegangan Impulsa
47
vii
Universitas Sumatera Utara
4.10
Dampak Pertubasi Medan
51
4.11
54
4.12
Grafik Tegangan Elektroda Wadah Air terhadap Sudut
56
4.13
Grafik Peningkatan Intensitas E Dielektrik
58
4.14
Grafik Tegangan V sel Membran terhadap Impulsa t
59
4.15
Grafik Tegangan Wadah Tanah Terhadap Sudut dan
62
4.16
Tegangan Elektroda Wadah Udara Terhadap Sudut dan
63
4.17
Simulasi Tegangan Elek. Wadah Air, Tanah dan Udara
64
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Halaman
1
Diagram Alir Proses Peningkatan Tegangan Elektroda
72
2
Struktur lipid bilayer dalam keadaan normal dan rusak
73
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMBANG
LAMBANG
Cm
Kapasitansi Membran Sel
D
Densitas Fluksi, C/mA2
dc
Arus Rata, direct current
Dn
Densitas Fluksi Dalam Keadaan Normal
Dr
Densitas Fluksi Dalam KeadaanRupture, Pecah
dc
Diameter sel
E
Intensitas Medan Elektrik
Er
Medan Elektrik Dalam Keadaa Rupture
En
Medan Elektrik Dalam Keadaan Normal
Es
Medan Elektrik Membran Sel
Ei
Medan Elektrik Pada Isolator
sr air
Konstanta Dielektrik Relatif Air
sr
Konstanta Dielektrik Relatif
sri
Dielektrik Membran Relatif Isolator
srk
Konstanta Dielektrik Relatif Kutikula
srs
Dielektrik Membran Relatif Sel
srt
Konstanta Dielektrik Relatif Tanah
srr
Konstanta Dielektrik Membran Dalam Keadaan Rupture
so
Konstanta Dielektrik Udara
W
Energi Yang Tersimpan Dlam Kapasitor, Joule AVs PotensiaMembran
θ
Sudut Antara Arah Medan Elektrik E Terhadap Membran Sel.
x
Universitas Sumatera Utara
STUDY APPLICATION OF ELECTRIC FIELD EFFECTS ON CELL
MEMBRANCE ESCHERICHIA COLI BACTERIA
ABSTRACT
The application using of electric field in the cell membrane in bacteria escherichia
coli, with to determine influence field toward cell membrance, due to an increase in
transmembrane potensial in bacteria escherichia coli cells and also to find out how the
effects on the cell membrane caused by changes in the applied voltage. The using at variation
of pulse electric field at 20kV/19mm, 40kV/19mm, 50kV/19mm and 55kV/19mm. Of the
transmembrane potensial increase to the critical condition of the ionization process will
occur and increase the concentration of ions in the positive and negative ion out of the cell,
so that the metabolism in the cell as activation energy had stalled due to rupture cell
membranes or broken. The result show reduction in the number of bacteria that survive
20kV/19mm = 331CFU; 40kV/19mm = 279 CFU, 50kV/mm = 232 CFU and 55kV/19mm =
212 CFU. This result show that improvement change effect existence influencing reduction
bacteria estherichia coli colony which live on.
Keywords : Method of electric field pulse, transmembrance potential, rupture.
ABSTRAK
Penerapan penggunaan aplikasi medan elektrik pada membran sel bakteri escherichia
coli, dengan tujuan untuk mengetahuui pengaruh medan elektrik terhadap membran sel
karena terjadi peningkatan potensial transmembran sel pada bakteri escherichia coli dengan
perubahan tegangan yang diberikan, pada variasi pulsa medan elektrik 20kV/19mm,
40kV/19mm, 50kV/19mm dan 55kV/19mm. Dari peningkatan potensial transmembran
sampai pada kondisi kritis akan terjadi proses ionisasi dan peningkatan konsentrasi ion-ion
positif di dalam dan ion-ion negatif keluar dari dalam sel, sehingga metabolisma dalam sel
sebagai energi aktivasi terhenti dikarenakan membran sel mengalami rupture atau pecah.
Data hasil yang diperoleh menunjukkan terjadinya pengurangan jumlah bakteri yang bertahan
hidup yaitu pada pulsa medan elektrik 20kV/19mm = 331CFU, 40kV/19mm = 279 CFU,
50kV/19mm = 232 CFU, dan 55kV/19mm = 212 CFU. Hasil-hasil ini menunjukkan bahwa
adanya efek perubahan peningkatan tegangan yang mempengaruhi pengurangan jumlah
koloni bakteri escherichia coli yang bertahan hidup.
Kata Kunci : Metode Medan elektrik berpulsa, potensial transmembran, rupture
xi
Universitas Sumatera Utara