Saat anda membaca artikel ini, microchip di dalam komputer anda sedang bekerja dengan kerasnya. Ribuan elemen elektronik di dalam microchip tersebut , yang tersusun dalam “integrated circuit”, mengolah segudang data untuk anda. Menurut observasi empirik oleh Gordon E. Moore pada tahun 1965, kompleksitas “integrated circuit” akan berlipat ganda setiap 24 bulan. Artinya, jumlah komponen elektronik di dalam sebuah microchip pun akan menjadi dua kali lipat dalam jangka waktu yang sama. Apakah observasi empirik ini akan terus berlaku atau tidak, ditentukan oleh teknologi miniaturisasi yang saat ini tidak henti-hentinya dikembangkan manusia.

Memang, teknologi miniaturisasi telah merambah banyak sekali bidang di kehidupan kita. Contoh yang paling populer tak lain adalah microchip elektronik tersebut. Namun di samping itu, ada contoh lain yang popularitasnya akan segera meroket: “Lab on a Chip” (LOC). Teknologi LOC bertumpu pada ide untuk menerapkan miniaturisasi pada laboratorium analitik (kimiawi maupun biologis). Jika anda pernah harus melakukan tes darah di laboratorium, anda tahu berapa banyak sampel darah yang harus diambil, serta berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk menganalisanya; tidak sedikit, bukan? Nah, dengan teknologi LOC, maka sampel yang diambil tidak lagi harus banyak, dan proses analisanya pun menjadi sangat singkat. Bahkan tidak hanya itu: teknologi ini akan memungkinkan semua proses itu menjadi murah, dan dapat dilakukan di mana saja. Bagaimana itu bisa terjadi?

 

Apa saja keuntungannya?

Pada LOC, sejumlah saluran fluida berskala mikro (atau bahkan nano) difabrikasi di dalam sebuah microchip yang sama. Dengan mengubah desain dimensi dan konfigurasi saluran-saluran fluida tersebut, anda juga dapat menyulapnya menjadi berbagai divais analitis seperti tabung reaksi, pompa, separator, dan sebagainya. Ada sejumlah keuntungan yang diperoleh dengan melakukan miniaturisasi ini. Pertama, jumlah sampel (analytes) yang diperlukan kini menjadi sangat sedikit; umumnya satu tetes sampel sudah cukup untuk sebuah LOC. Karenanya, jumlah reagen yang dibutuhkan untuk menganalisa sampel tersebut juga menurun drastis. Dengan kata lain, jumlah uang yang harus dikeluarkan untuk membeli reagen menjadi sangat berkurang. Kedua, dimensi yang sangat kecil membantu untuk mempercepat proses. Hasilnya, analisa dapat dilakukan dengan cepat. Ketiga, konfigurasi koneksi antar divais pun bisa disusun sedemikian rupa, sehingga beberapa proses dapat dijalankan bersamaan. Dengan begitu, sebuah LOC dapat dipakai untuk melakukan beberapa analisa sekaligus secara paralel. Keempat, orang dapat mendesain sebuah ‘chip-reader’ yang ringan dan mudah dibawa, sehingga hasil analisa dari LOC dapat di’baca’ di mana saja dan kapan saja. Bagi seorang pasien, ini sangat membantu karena analisa bisa dilakukan tanpa yang bersangkutan harus mendatangi laboratorium. Begitu pula untuk analisa kimiawi, hal ini menguntungkan karena analisa dapat langsung dilakukan di lokasi di mana sampel berada.

Teknologi fabrikasi yang diperlukan untuk membuat LOC tidaklah berbeda dengan teknologi yang selama ini dipakai untuk memfabrikasi microchip elektronik. Dengan begitu, pada saatnya nanti LOC akan dapat diproduksi secara massal dan dijual dengan harga yang murah. Jika anda tidak yakin dengan prediksi ini, anda dapat melihat kembali perjalanan microchip elektronik, sejak dari tahap perkembangannya hingga menjadi produk massal nan murah saat ini.

 

Fisika mikro dan nano

Nah, jika memang fabrikasinya dapat dilakukan dengan mudah dan murah, serta kelebihannya sangat banyak, mengapa LOC belum banyak terdengar saat ini? Ini terkait erat dengan faktor miniaturisasi itu sendiri. Fenomena fisika yang berlaku di divais berskala mikro dan nano itu tidak sama persis dengan fenomena fisika yang digunakan di divais analitis biasa. Dengan berkurangnya dimensi divais-divais itu, maka pengaruh efek permukaan (surface effects) menjadi semakin dominan bila dibandingkan dengan efek volume (bulk volume effects). Akibatnya divais-divais pada LOC harus didesain secara optimal, sedemikian sehingga manipulasi dan kontrol terhadap fluida yang dianalisa dapat dilakukan secara sempurna. Riset-riset di dunia saat ini masih terus difokuskan untuk tujuan tersebut. Hasil-hasil terbaru bisa dilihat misalnya di jurnal berjudul “Lab on a Chip”, atau di prosiding konferensi “MicroTAS” yang dipelopori Prof. Albert van der Berg di Universitas Twente, Belanda.

Untuk fluida di skala sekecil itu, perbedaan tekanan hidrostatis menjadi sulit dipakai untuk mengalirkan fluida. Jika anda tetap ingin memakai teknik ini, maka perbedaan tekanan hidrostatik yang harus diterapkan menjadi sangat besar dan tidak lagi praktis. Karena itu, umumnya orang memakai medan elektrostatik untuk mengalirkan dan mengendalikan fluida. Saat fluida bersentuhan dengan dinding saluran, maka kesetimbangan muatan akan terbentuk, sehingga ion positif pada fluida akan menempel di dinding saluran (yang memiliki muatan-permukaan negatif). Dengan memasang elektroda di ujung-ujung saluran, medan elektrostatik akan terbentuk, dan ion-ion positif fluida tadi akan tertarik menuju elektroda negatif. Karena fluida memiliki kekentalan (viscosity), maka akhirnya seluruh fluida akan ikut bergerak ke arah yang sama.

Tantangan lainnya dalam LOC adalah mendeteksi sampel dengan konsentrasi yang rendah (agar analisa menjadi lebih efisien) dan volume yang kecil (agar resolusi deteksi menjadi lebih akurat). Teknik yang umum dipakai adalah teknik berbasis optika, khususnya fluoresensi. Ini berkaitan dengan telah banyak tersedianya fluorochrome yang bisa digunakan, melimpahnya variasi bio-assay yang umum dipakai untuk analisa biologis, dan juga telah matangnya aplikasi mikroskopi-kuantitatif di banyak laboratorium di dunia.

 

LOC di Indonesia?

Bagaimana dengan prospek LOC di Indonesia? Melihat trend saat ini, fabrikasi berbasis polimer dapat menjadi alternatif yang murah dan bisa dipakai di Indonesia. Polimer seperti PDMS (poly-dimethilsiloxane) kompatibel secara biologis, sehingga tidak akan mengganggu proses analisa di dalam LOC. Fabrikasi jenis ini cukup mudah: cukup membuat cetakan, tuangkan polimer, lalu gunakan setelah mengeras. Kekurangannya, dimensi yang dihasilkan baru mencapai tahap mikro, belum sampai tahap nano.

Selain itu, LOC sesungguhnya adalah hasil interaksi antar sejumlah bidang sains: fisika, biologi, kimia, dan mikro/nano-teknologi. Karenanya, riset-riset di LOC juga memungkinkan untuk kolaborasi lintas bidang, sehingga dapat dilakukan bersama-sama antara lebih dari satu institusi di Indonesia. Dengan begitu, LOC seharusnya sudah dapat mulai dirintis dan dikembangkan di Indonesia mulai saat ini juga.

 

Gea Oswah Fatah Parikesit, mahasiswa program PhD di TU Delft, Belanda