Nanopartikel Emas, Solusi Mutakhir Deteksi Kolesterol Terakurat

Farmasetika.com – Kolesterol adalah senyawa biologis penting yang diproduksi di hati dan usus, dimana ia bertindak sebagai precursor biosintetik asam empedu dan vitamin D.

Konsentrasi normal kolesterol bebas dalam serum manusia di bawah 5,2 mM, tetapi apabila berlebih dapat mengakibatkan gangguan pembuluh jantung, stroke dan yang paling fatal dapat mengakibatkan kematian. Saat ini deteksi kolesterol dilakukan dengan menggunakan sejumlah darah yang tidak sedikit untuk mendapatkan hasil diagnosis.

Deteksi kolesterol dengan karbon berukuran nano (IDE) yang dilapisi nanopartikel emas (AuNPs), mampu memberikan respon yang cepat, sensitif dan selektif.

Apa itu kolesterol

Kolesterol merupakan metabolit yang mengandung lemak sterol dan ditemukan pada membran sel serta disirkulasikan dalam plasma darah. Pergerakan kolesterol melalui aliran darah berupa lipoprotein yaitu LDL (low density lipoprotein) dan HDL (high density lipoprotein). Kadar kolesterol yang tidak seimbang dapat memicu berbagai penyakit dengan terbentuknya plak-plak dan menyumbat aliran pembuluh darah. Menurut American Heart Association tingginya kadar kolesterol menjadi alas an utama penyakit jantung koroner, stroke dan serangan jantung.

Berbagai macam metode menentukan kadar kolesterol

Saat ini, kadar kolesterol dapat dilakukan dengan tes laboratorium klinis secara rutin. Berbagai metode untuk menentukan kadar kolesterol diantaranya kromatografi gas-cair, kromatografi cair kinerja tinggi (HPLC), dan penentuan kolorimetri. Namun metode ini masih dianggap kurang spesifik dan selektif akibat adanya gangguan dari reaksi tertentu sehingga membutuhkan sejumlah darah yang tidak sedikit. Menanggapi hal tersebut, telah dikembangkan alat deteksi kolesterol dengan respon yang cepat, sensitif, dan selektif serta hemat biaya.

Alat deteksi kolesterol dengan tingkat sensitifitas dan selektifitas yang tinggi

Alat deteksi kolesterol berbasis nanopartikel emas

Pengembangan alat deteksi kolesterol dilakukan dengan menggunakan teknik elektrokimia yang didasarkan pada pengukuran arus. Pengukuran ini lebih sensitif dan selektif dikarenakan melibatkan nanopartikel emas. Kerja nanopartikel emas ini dapat meningkatkan kemampuan untuk menghantarkan listrik pada alat deteksi serta membantu untuk transfer elektron, sehingga akan lebih sensitif dan selektif sebagai alat deteksi

Alat deteksi kolesterol ini menggunakan elektroda karbon berukuran nano yang digabungkan dengan nanopartikel emas. Prinsip pada alat deteksi kolesterol ini memakai teknik elektrokimia amperometrik yang didasarkan pada pengukuran arus. Arus yang terbaca merupakan arus oksidasi suatu senyawa yang dihasilkan dari kolesterol melalui enzim kolesterol oksidase (ChOx). Alat ini juga dibantu dengan penambahan mediator yang dapat meningkatkan sensitifitas dan selektifitas akibat gangguan dari senyawa lain. Dengan penambahan mediator, penggunaan nanopartikel emas untuk membaca arus yang dihasilkan dari enzim ChOx akan terbaca dengan optimal.

Pengujian yang dilakukan dengan sampel yang telah diberikan spesimen kolesterol. Memberikan hasil yang sangat akurat walaupun kadar kolesterol yg di masukan dalam jumlah rendah. Perpindahan enzim ChOx ke permukaan elektroda merupakan langkah penting untuk rangkaian biosensor berbasis enzim. AuNPs meningkatkan konduktivitas permukaan, dimana luas permukaan efektif dan transfer elektron efisien, dan mengurangi kesenjangan antar-elektroda yang menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi dalam AuNP / IDE karbon dibandingkan dengan IDE karbon tanpa dilapisi. Maka dari itu pengembangan alat deteksi kolesterol ini dapat dijadikan tes lanjutan agar mendapatkan hasil yang optimal dan pengobatan yang sesuai.

Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian diketahui bahwa alat deteksi kolesterol dengan nanopartikel emas, memiliki kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan alat deteksi kolesterol pada umumnya. Alat deteksi kolesterol berlapis nanopartikel emas (AuNPs) mampu memberikan respon yang sensitif dan selektif.

Dengan meningkatkan kemampuan menghantar listrik dan mentransfer elektron alat ini mampu mendeteksi kolesterol dalam jangka waktu yang pendek dan sampel darah yang sedikit.

DaftarPustaka

[1] Ahn, K.-W.; Sampson, N.S. Cholesterol oxidase senses subtle changes in lipid bilayer structure. Biochemistry 2004, 43, 827–836 American Heart Association. 2018. Cholesterol. Tersedia secara online di http://www.heart.org/HEARTORG/Conditions/Cholesterol/AboutCholesterol/About-Cholesterol_UCM_001220_Article.jsp#.WyG0QfmFPIU . [diakses pada tanggal 14 Juni 2018] [2] B.R. Eggins.2002 .Chemical Sensors and Biosensors,John Wiley. Chichester, . p.273. [3] Batra, N.; Tomar, M.; Gupta, V. ZnO-CuO composite matrix based reagentless biosensor for detection of total cholesterol. Biosens. Bioelectron. 2015, 67, 263–271. [4] D.L. Wise.1991. Bioinstrumentation and Biosensors. Marcel Dekker Inc. New York. p.824. [5] Derks, H.J.G.M.; van Heiningen, A.; Koedam, H.C. Gas-chromatographic determination of cholesterol in serum: candidate reference method. Clin. Chem. 1985, 31, 691–694. [6] Giri, A.K.; Charan, C.; Saha, A.; Shahi, V.K.; Panda, A.B. An amperometric cholesterol biosensor with excellent sensitivity and limit of detection based on an enzyme-immobilized microtubularZnO@ZnSheterostructure. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 16997–17004 [7] Manjunatha, R.; Suresh, G.S.; Melo, J.S.; D’Souza, S.F.; Venkatesha, T.V. An amperometric bienzymatic cholesterol biosensor based on functionalized graphene modified electrode and its electrocatalytic activity towards total cholesterol determination. Talanta 2012, 99, 302–309. [8] Sharma, D.et al. 2017. Development of a Sensitive Electrochemical Enzymatic Reaction-Based Cholesterol Biosensor Using Nano-Sized Carbon Interdigitated Electrodes Decorated with Gold Nanoparticles. MDPI AG. Switzerland. 17(9), 2128 [9] Qureshi, R.N.; Kaal, E.; Janssen, H.-G.; Schoenmakers, P.J.; Kok, W.T. Determination of cholesterol and triglycerides in serum lipoproteins using flow field-flow fractionation coupled to gas chromatography-mass spectrometry. Anal. Chim. Acta2011, 706, 361–366. [10] Razzazi-Fazeli, E.; Kleineisen, S.; Luf, W. Determination of cholesterol oxides in processed food using high performance liquid chromatography-mass spectrometry with atmospheric pressure chemical ionization. J. Chromatogr. 2000, 896, 321–334. [11] Nakajima, M.; Yamato, S.; Wakabayashi, H.; Shimada, K. High-performance liquid chromatographic determination of cholesterol and cholestanol in human serum by precolumnderivatization with 2-[2-(isocyanate)ethyl]-3-methyl-1,4-naphthoquinone combined with platinum catalyst reduction and electrochemical detection. Biol. Pharm. Bull. 1995, 18, 1762–1764. [12] Sharma, A.; Artiss, J.D.; Zak, B. A method for the sequential colorimetric determination of serum triglycerides and cholesterol. Clin. Biochem. 1987, 20, 167–172. [13] Wang, C.; Tan, X.; Chen, S.; Yuan, R.; Hu, F.; Yuan, D.; Xiang, Y. Highly-sensitive cholesterol biosensor based on platinum-gold hybrid functionalized ZnOnanorods. Talanta 2012, 94, 263–270 [14] Zhu, L.; Xu, L.; Tan, L.; Tan, H.; Yang, S.; Yao, S. Direct electrochemistry of cholesterol oxidase immobilized on gold nanoparticles-decorated multiwalled carbon nanotubes and cholesterol sensing. Talanta 2013, 106, 192–199. [15] Feng, B.; Liu, Y.-N. A disposable cholesterol enzyme biosensor based on ferrocene-capped gold nanoparticle modified screen-printed carbon electrode. Int. J. Electrochem. Sci. 2015, 10, 4770–4778. [16] Malhotra, B.D.; Kaushik, A. Metal oxide-chitosan based nanocomposite for cholesterol biosensor. Thin Solid Films 2009, 518, 614–620. [17] Vidal, J.-C.; Espuelas, J.; Garcia-Ruiz, E.; Castillo, J.-R. Amperometric cholesterol biosensors based on the electropolymerization of pyrrole and the electrocatalytic effect of Prussian-Blue layers helped with self-assembled monolayers. Talanta 2004, 64, 655–664. [18] Manjunatha, R.; Nagaraju, D.H.; Suresh, G.S.; Melo, J.S.; D’Souza, S.F.; Venkatesha, T.V. Direct electrochemistry of cholesterol oxidase on MWCNTs. J. Electroanal. Chem. 2011, 651, 24–29. [19] Sharma, R.; Sinha, R.K.; Agrawal, V.V. Mediator-free total cholesterol estimation using a bi-enzyme functionalized nanostructured gold electrode. RSC Adv. 2015, 5, 41786–41794. [20] Guo, M.; Chen, J.; Li, J.; Nie, L.; Yao, S. Carbon nanotubes-based amperometric cholesterol biosensor fabricated through layer-by-layer technique. Electroanalysis2004, 16, 1992–1998. [21] Li, J.; Peng, T.; Peng, Y. A cholesterol biosensor based on entrapment of cholesterol oxidase in a silicic sol-gel matrix at a prussian blue modified electrode. Electroanalysis 2003, 15, 1031–1037. [22] Liu, X.; Nan, Z.; Qiu, Y.; Zheng, L.; Lu, X. Hydrophobic ionic liquid immobilizing cholesterol oxidase on the electrodeposited Prussian blue on glassy carbon electrode for detection of cholesterol. Electrochim. Acta 2013, 90, 203–309 [23] Xu, L.; Zhang, M.; Hou, Y.; Huang, W.; Yao, C.; Wu, Q. An Au nanocomposite based biosensor for determination of cholesterol. Anal. Methods 2015, 7, 3480–3485. [24] Safavi, A.; Farjami, F. Electrodeposition of gold-platinum alloy nanoparticles on ionic liquid-chitosan composite film and its application in fabricating an amperometric cholesterol biosensor. Biosens. Bioelectron. 2011, 26, 2547–2552. [25] Ji, J.; Zhou, Z.; Zhao, X.; Sun, J.; Sun, X. Electrochemical sensor based on molecularly imprinted film at Au nanoparticles-carbon nanotubes modified electrode for determination of cholesterol. Biosens. Bioelectron. 2015, 66, 590–595. [26] Bonomi, R.; Cazzolaro, A.; Sansone, A.; Scrimin, P.; Prins, L.J. Detection of enzyme activity through catalytic signal amplification with functionalized gold nanoparticles. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 2307–2312. [27] Xiao, Y.; Patolsky, F.; Katz, E.; Hainfeld, J.F.; Willner, I. “Plugging into Enzymes”: Nanowiring of redox enzymes by a gold nanoparticle. Science 2003, 299, 1877–1881. [28] Hutter, E.; Maysinger, D. Gold-nanoparticle-based biosensors for detection of enzyme activity. Trends Pharmacol. Sci. 2013, 34, 497–507. [29] Marhaendrajaya, Indras., Eko Hidayanto., Zaenal Arifin dan Heri Sutanto. Desain dan realisasi alat pengukurkan dengan kolesterol dalam darah non-invasive. Youngster Physics Journal.2017 6(3) : 290-295.

Penulis : Ingkatisya Garnisa, Nita Listiani, Yessica Pardosi, Yasmin Fatinah, Maratul M, Mahasiswa Program Studi Sarjana, Fakultas Farmasi, Universitas Padjadjaran, Sumedang, Jawa Barat.