11. Jurnal

RANCANG BANGUN ALAT PENGUKUR KADAR GULA DARAH Riza Tamridho Departermen Teknik Elektro Universitas Indonesia Abstrak- Diabetes adalah penyakit metabolik yang dapat mempengaruhi hampir setiap sistem organ dalam tubuh. Diperkirakan jumlah penderita Diabetes melitus di Indonesia sekitar 17 juta orang atau 8,6 persen dari jumlah penduduk dan menduduki urutan terbesar ke-4 setelah India, Cina, dan Amerika Serikat (AS). Penyakit diabetes dapat dideteksi lebih awal dengan melakukan pemeriksaan darah secara teratur dan rutin di laboratorium. Oleh karena itu, untuk memudahkan pemeriksaan sampel darah maka perlu direkayasa suatu alat yang dapat mengukur konsentrasi gula darah yang lebih praktis dan akurat dengan menggunakan prinsip spektroskopi. Prinsip spektroskopi didasarkan pada absorbsi sinar oleh molekul sehingga terjadi proses eksitasi dan de-eksitasi elektron pada molekul sehingga dapat dilakukan pengukuran spektrum absorbsi dari suatu senyawa. Dengan dirancangnya alat ini, diharapkan pengukuran kadar gula darah dapat dilakukan dengan cepat dan mudah. Kata Kunci: Gula darah, diabetes, spektroskopi, absorbsi 1. Setelah melalui proses fisis maka sampel darah PENDAHULUAN Diabetes adalah penyakit metabolik yang dapat dimasukkan kedalam spektrofotometer. Alat mempengaruhi hampir setiap sistem organ dalam spektrofotometer ini dapat mengetahui kadar glukosa tubuh. dalam darah dengan cara membandingkan nilai Diperkirakan lebih dari 15 juta orang di Amerika Serikat memiliki diabetes. Sedangkan absorbansi sampel menurut WHO jumlah penderita Diabetes melitus di absorbansi standar. Indonesia sekitar 17 juta orang atau 8,6 persen dari laboraturim medis hasil pengukuran sudah cukup jumlah penduduk dan menduduki urutan terbesar ke- akuarat dan presisi, akan tetapi pengukuran pada 4 setelah India, Cina, dan Amerika Serikat (AS). laboraturim membutuhkan proses preparasi yang Diabetes gangguan lama dan reaksi kimiawi rawan terhadap interferensi. metabolisme karbohidrat karena defisiensi insulin Oleh karena itu untuk memudahkan pemeriksaan yang ditandai dengan meningkatnya kadar gula sampel darah maka perlu direkayasa suatu alat yang dalam darah dan adanya gula dalam urin. Pada dapat mengukur konsentrasi gula darah yang lebih komplikasi dapat praktis dan akurat dengan menggunakan prinsip menyebabkan penyakit cardiovascular, kebutaan, spektroskopi. Prinsip spektroskopi didasarkan pada impotensi, mengurangi fungsi kerja ginjal hingga absorbsi sinar oleh molekul sehingga terjadi proses gagal ginjal. eksitasi dan de-eksitasi elektron pada molekul Melitus tingkat adalah lanjut penyakit diabetes Penyakit diabetes dapat dideteksi lebih awal yang diukur Dengan dengan nilai pengukuran pada sehingga dapat dilakukan pengukuran spektrum dengan melakukan pemeriksaan darah secara teratur absorbsi dari suatu senyawa. dan rutin di laboratorium. Pada pemeriksaan sampel Dengan menggunakan mikrokontroler nilai darah di laboratorium, penentuan kadar glukosa di absorbansi dari suatu senyawa dapat diolah dengan dalam darah dilakukan dengan cara kimiawi, yaitu operasi aritmatik dan disimpan ke dalam memori. dengan penambahan reagen pada volume tertentu. Nilai absorbansi didapat dengan menembakkan 1 Universitas Indonesia cahaya dengan panjang gelombang tertentu ke tertentu, yaitu 70-120 mg/ml dalam keadaan puasa. sampel darah lalu membandingkan nilai intensitas Bila gula darah naik di atas 170 mg/100ml, gula akan cahaya yang masuk dan yang keluar dari sampel dikeluarkan melalui urine. Sebaliknya bila gula darah darah. Dengan demikian mengukur kadar glukosa turun hingga 40-50 mg/ml, kita akan merasa gugup, darah dapat lebih praktis dan akurat tanpa melalui pusing, lemas dan lapar. Gula darah terlalu tinggi proses fisis kimiawi. disebut hiperglikemia dan bila terlalu rendah disebut hipoglikemia. Hiperglikemia dalam jangka panjang 2. dapat menyebabkan masalah-masalah kesehatan LANDASAN TEORI yang berkepanjangan pula yang berkaitan dengan 2.1 Hematologi Hematologi adalah cabang ilmu kesehatan yang diabetes, termasuk kerusakan pada mata, ginjal, dan mempelajari darah, organ pembentuk darah dan saraf. Beberapa macam hormon terlibat dalam penyakitnya. Asal katanya dari bahasa Yunani haima pengaturan darah ini, salah satunya hormon insulin. artinya darah. Darah merupakan gabungan dari Tingkat gula darah dalam tubuh diatur oleh cairan, sel-sel dan partikel yang menyerupai sel, yang pankreas dengan cara memproduksi hormon insulin. mengalir dalam arteri, kapiler dan vena yang Insulin bertanggung jawab untuk mengontrol kadar mengirimkan oksigen dan zat-zat gizi ke jaringan dan gula dalam darah dan juga untuk memproses membawa karbon dioksida dan hasil limbah lainnya. karbohidrat, lemak, dan protein menjadi energi yang Lebih dari separuh bagian dari darah merupakan diperlukan tubuh manusia. Diabetes terjadi jika tubuh cairan (plasma), yang sebagian besar mengandung tidak menghasilkan insulin yang cukup untuk garam-garam terlarut dan protein. Plasma juga mempertahankan kadar gula darah yang normal atau mengandung jika sel tidak memberikan respon yang tepat terhadap hormon-hormon, elektrolit, lemak, insulin. gula, mineral dan vitamin. Diabetes tipe 1 adalah diabetes yang bergantung 2.1.1 Glukosa dan Diabetes Glukosa senyawa pada insulin dimana tubuh kekurangan hormon karbohidrat sederhana atau monosakarida. Di alam, insulin, dikenal dengan istilah Insulin Dependent glukosa terdapat dalam buah-buahan dan madu Diabetes Mellitus (IDDM). Hal ini disebabkan lebah. Glukosa berfungsi sebagai sumber energi hilangnya sel beta penghasil insulin pada pulau-pulau untuk sel-sel otak, sel saraf, dan sel darah merah. langerhans pankreas. Darah manusia normal mengandung glukosa dalam ditemukan pada balita, anak-anak, dan remaja. jumlah atau konsentrasi yang tetap, yaitu antara 70- Sedangkan diabetes tipe 2 terjadi jika hormon insulin 100 mg tiap 100 ml darah. Glukosa darah ini dapat dalam bertambah setelah kita makan makanan sumber semestinya, dikenal dengan istilah Non-Insulin karbohidrat, namun setelah kira-kira 2 jam setelah Dependent Diabetes Mellitus (NIDDM). Hal ini makan, jumlah darah akan kembali seperti semula. dikarenakan berbagai kemungkinan seperti kecacatan Pada orang yang menderita diabetes melitus, jumlah dalam produksi insulin, resistensi terhadap insulin glukosa darah lebih besar dari 130 mg/100 ml atau berkurangnya respon sell dan jaringan tubuh darah. merupakan kelompok [1] tubuh tidak Diabetes tipe dapat 1 berfungsi banyak dengan terhadap insulin yang ditandai dengan meningkatnya Agar dapat berfungsi secara optimal, tubuh kadar insulin di dalam darah. Kedua jenis diabetes ini hendaknya dapat mempertahankan konsentrasi darah mengakibatkan terlalu banyaknya glukosa yang gula (dalam bentuk glukosa) dalam batas-batas terdapat dalam tubuh.[2] 2 Universitas Indonesia gelombangnya terbagi menjadi empat metode, yaitu 2.1.1 Pengukuran Konsentrasi Glukosa Darah Untuk mengetahui kadar gula darah dapat diukur sinar tampak (350-750nm), ultraviolet dekat (200- pada laboratorium medis dengan menggunakan 350nm), metode GOD-PAP, dengan prinsip oksidasi glukosa inframerah (750nm-2,5 n). Berikut ini metode- oleh glukooksidase (GOD) menjadi asam glukonat metode spektroskopi yang biasa digunakan dan dan H2O2. H2O2 kemudian direaksikan dengan 4- fungsi pengukurannya. aminoantipirin dan fenol menghasilkan chinonime • Spektroskopi ultraviolet dapat digunakan untuk ultraviolet jauh (150-200nm), dan yang berwarna kemerahan dan H2O, reaksi ini mengidentifikasi dikatalisis (POD). mengandung gugus-gugus pengabsorbsi atau Chinonime yang terbentuk eqivalen dengan glukosa kromofor, yaitu gugus tidak jenuh kovalen yang sehingga terdapat dalam molekul. oleh enzim warna yang peroksidase terukur pada produk chinonimine akan sebanding dengan kadar glukosa. [3] senyawa-senyawa yang • Spektroskopi infra merah dapat digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsional, yaitu gugus yang menentukan sifat-sifat senyawa. • Spektroskopi resonansi magnetik inti dapat digunakan untuk mengidentifikasi rumus bangun - molekul senyawa organik sesuai dengan inti atom Pengukuran kadarnya dilakukan yang dipakai (Hidrogen dan karbon). dengan mencampur serum atau plasma darah dengan reagen, • Spektroskopi massa dapat digunakan untuk kemudian warna yang terbentuk dibaca dengan memberikan keterangan tentang hasil fragmentasi kolorimeter pada panjang gelombang 500 nm (atau senyawa yang berupa fragmen-fragmen yang Hg 546 nm). Larutan blanko digunakan sebagai titik dinyatakan sebagai rasio massa dengan muatan. nol dengan perhitungan sebagai berikut : 3. PERANCANGAN ALAT 2.1 Dalam perancangan alat pengukur kadar gula Dimana : As adalah absorbansi sampel dan Ast adalah darah ini terdapat 2 tahap utama, yaitu perancangan absorbansi standar. hardware dan perancangan software. Prinsip kerja dari alat pengukur konsentrasi 2.2 Spektroskopi dan Prinsip Optik glukosa bebasis mikrokontroler ini secara umum Spektroskopi merupakan metode pengukuran dapat dijelaskan pada gambar dibawah ini: yang didasarkan pada interaksi antara cahaya dengan materi. Bila materi disinari kemungkinan cahaya akan diserap dan dipancarkan kembali dengan panjang gelombang yang sama atau berbeda. Spektroskopi sering digunakan untuk mengidentifikasi suatu unsur dan senyawa, melalui pemancaran dan penyerapan sebuah spektrum. Suatu alat untuk merekam spektrum disebut spektrometer. Penentuan metoda struktur spektroskopi senyawa mengunakan berdasarkan panjang 3 Universitas Indonesia Sumber Cahaya 3.1.1 Sampel Darah Rangkaian Sumber Cahaya Fotoresistor Untuk mengukur konsentrasi glukosa diperlukan cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 500 nm, oleh karena itu sumber cahaya yang digunakan adalah LED super bright dengan Analog to Digital Converter Mikrokontroler warna hijau. LED dengan panjang gelombang 500 nm ini bekerja pada tegangan kerja maksimum 4 V dan ATMega 8535 arus maksimum 20 mA. Maka untuk mendapatkan tegangan kerja dan arus yang diingikan diperlukan sebuah resistor yang di rangkai seri Tampilan LCD dengan LED. Rangkaian sumber cahaya dapat dilihat pada gambar 3.2 Gambar 3.1 Blok diagram alat pengukur kadar gula darah VCC R1 R2 LED Pada mulanya sumber cahaya monokromatis di arahkan menyinari blood strip yang berisi sampel darah. Pada proses ini terjadi pengurangan intensitas cahaya karena sebagian besar cahaya diserap oleh Gambar 3.2 Rangkaian Sumber Cahaya blood strip yang berisi sampel darah dan sebagiannya lagi dilewatkan. Selain itu juga dibutuhkan potensiometer Besarnya cahaya yang dilewatkan oleh blood yang dirangkai paralel dengan LED agar intensitas strip yang berisi sampel darah dideteksi dan diukur cahaya LED dapat diatur. Intensitas cahaya yang intensitas cahayanya menggunakan fotoresitor. Dari digunakan pada perancangan ini sebesar 615 Lux. fotoresistor dihasilkan tegangan berkisar antara 0-5V. 3.1.2 Rangkaian Tranducer Kemudian teganan yang masih berupa sinyal analog Sebagai pendeteksi cahaya monokromatis di ubah ke dalam bentuk sinyal digital. Akhirnya dari LED digunakan fotoresitor, karena fotoresitor sinyal digital yang telah dirubah dari bentuk analog memiliki sensitifitas cahaya cukup baik pada sumber diproses dan dihitung oleh mikrokontroler dan cahaya didapat hasil konsentrasinya yang nantinya akan yang relatif kecil. Fotoresistor akan menghasilkan tegangan yang sebanding dengan ditampilkan di LCD. besarnya perubahan intensitas cahaya. 3.1 Perancangan Hardware Perancangan dan pembuatan hardware meliputi beberapa tahap, yaitu pembuatan blok diagram, tranduser rangkaian sumber fotoresitor, cahaya, sistem rangkaian minimum mikrokontroler ATMega 8535, tampilan LCD dan rangkaian catu daya. Gambar 3.3 Rangkaian Tranducer 4 Universitas Indonesia 3.1.3 Sistem Minimun Mikrokontroler ATMega mulai 8535 Rangkaian minimum sistem mikrokontroler Inisialisasi port Atmega 8535 merupakan sebuah modul ISP (In System Programming) dan dihubungkan langsung dengan kabel paralel. Sampling ADC 3X 3.1.4 Rangkaian LCD Tampilan yang digunakan adalah LCD Konversi Volt ke dalam mg 16x2, dimana LCD ini mempunyai 16 kolom dan 2 baris. LCD berfungsi untuk menampilkan data yang telah diolah yaitu berupa hasil pengukuran gula darah. Gambar di bawah Tampilkan di LCD hasil glukosa dalam mg memperlihatkan gambar antarmuka LCD dengan mikrokontroler. selesai Gambar 3.8 Diagram alir program alat pengukur kadar gula darah 4. PENGUJIAN DAN ANALISA Pengujian dilakukan untuk mengetahui apakah Gambar 3.6 Rangkaian Tampilan LCD perancangan yang telah dillakukan sesuai dengan yang diharapkan, sehingga dapat diterapkan pada 3.2 Perancangan Software sistem yang sesuai dengan spesifikasi. Setiap blok Tahap perancangan dan pembuatan software dimulai dengan dilanjutkan menggunakan membuat dengan basic flowchart membuat compiler. pada sistem diuji dan dianalisa, jika pengujian pada kemudian listing Berikut setiap blok benar kemudian dilakukan pengujian program keseluruhan adalah sistem. Parameter-parameter yang termasuk dalam proses yang diuji adalah sebagai diagram alir (flowchart) dari program yang akan berikut: dibuat. 1. Pengujian keluaran pada rangkaian catu daya 2. Pengujian pada rangkaian sumber cahaya 3. Pengujian pada rangkaian tranducer 4. Pengujian port pada rangkaian Mikrokontroler 5. Pengujian pada tampilan LCD 6. Pengujian sistem secara keseluruhan, yaitu pengujian pengukur kadar gula darah. 5 Universitas Indonesia 4.1 Pengujian Alat Pengukur Kadar Gula Darah 4.3 Persentase kesalahan alat Untuk mangevaluasi kinerja alat maka hasil Secara Keseluruhan Pengujian dilakukan dengan cara mengambil pengukuran alat harus dibandingankan dengan data sampel darah yang berada pada blood strip, lalu gula darah sebenarnya agar didapat persentase meletakkan blood strip diantara sumber cahaya dan kesalahan sensor pendeteksi cahaya. Sensor tersebut akan kesalahan alat manggunakan rumus sebagai berikut: alat. Cara menghitung persentase mengukur intensitas cahayanya lalu mengkonversi ke dalam mg/dL. Setelah itu akan ditampilkan pada - !! 4.3 layar LCD. Berikut gambar hasil pengujian alat pengukur kadar gula darah. Berikut data pengujian alat dan Dari rumus tersebut dapat diketahui nilai nilai presentase kesalahan alat sebagai berikut: perbandingan hasil dari pengukuran alat dan nilai gula darah sebenarnya. Tabel 4.6 Hasil persentase kesalahan alat Data pengukuran Tabel 4.5 Hasil pengukuran dan pengujian alat Data pengukuran Gula darah Seberannya 75 81 121 135 234 250 57 65 453 425 Gula darah Seberannya Persentase kesalahan alat 7,4 % 75 81 121 135 10,37% 234 250 6,4% 57 65 12,3 % 453 425 6,59% Dari hasil perhitungan persentase kesalahan alat dapat dilihat bahawa nilai persentase kesalahan 4.2 Pengujian Software Alat Pengukur Kadar cukup besar. Sehingga realisasi alat pengukur gula Gula Darah darah ini tidak dapat dijadikan sebagai acuan nilai Pengujian software alat pengukur kadar gula kadar gula darah sebenarnya. Akan tetapi realisasi darah ini dilakukan dengan cara mensimulasikan alat ini masih bisa menentukan perkiraan kasar tinggi program yang telah dibuat apakah berjalan sesuai rendahnya suatu kadar gula dalam darah. dengan yang diinginkan atu tidak. Berikut screenshot dari simulasi program. 5. KESIMPULAN Dari data dan pengukuran yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa 1. Rancang bangun alat pengukur kadar gula darah ini dapat bekerja dan mengukur kadar gula darah dengan menggunakan media blood strip. 2. Kadar gula darah yang dapat diukur sebesar 60500 mg/dL 3. Tranducer yang digunakan adalah Potoresistor yang peka terhadap cahaya, sehingga mekanik dirancang sedemikian rupa agar tranducer tidak Gambar 4.1 Test program alat pengukur gula darah mendapat interferensi dari cahaya sekitar. 6 Universitas Indonesia 4. Dari pengambilan data dan ujicoba persentase kesalahan alat pengukur kadar gula darah sebesar 6,4 - 12,3%. Dengan demikian realisasi alat pengukur gula darah ini tidak dapat dijadikan sebagai acuan nilai kadar gula darah sebenarnya. Akan tetapi realisasi alat ini masih bisa menentukan perkiraan kasar tinggi rendahnya suatu kadar gula dalam darah. DAFTAR ACUAN [1] Poedjiadi, Anna. (1994). Dasar-dasar Biokimia. Jakarta : Universitas Indonesia Press. [2] Amatsier, Yunita. (2003). Prinsip Dasar Ilmu Gizi. Jakarta : Gramedia Pustaka Utama. [3] [4] [6] Hendayana, Sumar. (1994). Kimia Analitik Instrumen. Semarang : IKIP Semarang Press. [5] Underwood, A.L; Day, R.A. (1986). Analisis Kimia Kuantitatif. Jakarta : Gramedia Pustaka Utama. [7] S. Reka Rio (dan Yoshikatsu Sawamura). (1997). Teknik Reparasi TV Berwarna, PT Pradnya Parmita Jakarta. [8] Mike Tooley .(2006). Electronic Circuits Fundamentals & Applications : Newnes. [9] William David Cooper. 1999. Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran. Erlangga. [10] Wardhana, Lingga. (2006). Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega 8535. Yogyakarta. Penerbit : CV ANDI. 7 Universitas Indonesia