## PENGARUH VARIASI SPEKTRUM CAHAYA LED TERHADAP VITALITAS ALGA CHLORELLA KESSLERI DAN CHLORELLA SP UNTUK BIOCHIP-G BIOSENSOR
Febyola Aswandi 1 , Lazuardi Umar 1*
1 Jurusan Fisika FMIPA Universitas Riau, Kampus Bina Widya, Pekanbaru, 28293, Indonesia * e-mail: lazuardi.umar@unri.ac.id

## ABSTRAK
Penurunan kualitas sumber daya perairan menjadi masalah khusus dalam beberapa tahun ini, yang ditandai dengan menurunnya jumlah oksigen terlarut (Dissolved Oxygen – DO) sebagai indikator pencemaran air pada sistem perairan. Penelitian ini menyajikan suatu modul biosensor dengan prinsip kerja amperometris yang terintegrasi dalam suatu microchip yaitu biochip-G yang dapat mendeteksi produksi DO melalui proses fotosintesis mikroalga. Sel alga Chlorella kessleri dan Chlorella sp digunakan sebagai bioindicator pengenal polutan yang di stimulasi menggunakan cahaya buatan LED bulb 149 µ molm 2 /s berwarna biru (480 nm) dan merah (650 nm). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perbandingan potensial yang dihasilkan kedua jenis alga saat disinari cahaya LED. Hasil menunjukkan bahwa alga Chlorella sp lebih sensitif dibandingkan alga Chlorella kessleri yang ditandai dengan potensial minimum yang dihasilkan saat Chlorella sp disinari LED spektrum biru dan merah berturut – turut sebesar 1599 mV dan 1478 mV, sedangkan potensial minimum Chlorella kessleri berturut turut yaitu sebesar 1758 mV dan 1738 mV.
Kata Kunci: Alga; Biochip-G; Biosensor; Cahaya buatan; Oksigen terlarut

## ABSTRACT
[Title: The Effect of LED Light Spectrum On The Algae Cholorella Kessleri and Cholorella SP Vitalyty For Biochip- G Biosnsor] The decline in the quality of aquatic resources has become a particular problem in recent years, which is marked by a decrease in the amount of dissolved oxygen (DO) as an indicator of water pollution in the water system. This research presents a biosensor module with an amperometric working principle that is integrated with a microchip, namely biochip-G which can detect DO production through the photosynthesis process of microalgae. Algal cells Chlorella kessleri and Chlorella sp were used as pollutant recognition bioindicators which were stimulated using artificial light LED bulb 149 µ molm2 / s in blue (480 nm) and red (650 nm). This study aims to determine the potential comparison of the two types of algae when exposed to LED light. The results show that the algae Chlorella sp is more sensitive than Chlorella kessleri algae which are characterized by the minimum potential generated when Chlorella sp is exposed to blue and red spectrum LEDs of 1599 mV and 1478 mV, while the minimum potential of Chlorella kessleri is 1758 mV and 1738 mV.
Keyword: Algae; Biochip-G; Biosensor; A light; Dissolved oxygen

## PENDAHULUAN
Air  merupakan  bagian  terpenting  dalam kehidupan  manusia.  Penilaian  akan  kualitas  sumber perairan  menjadi  perhatian  khusus  karena kepentingan  untuk  melestarikan  sumber  air  tawar seperti  danau,  sungai,  dan  waduk  air.  Pencemaran sumber daya air terjadi karena aktivitas pertanian dan industri sehingga menimbulkan ancaman dan dampak jangka  panjang  terhadap  lingkungan  dan  organisme perairan.  Beberapa  faktor  yang  dapat  menyebabkan degradasi  sumber  daya  air  yaitu  keberadaan  logam
berat,  mikroorganisme  pathogen,  dan  kontaminan organik (Tsopela et al. , 2016).
Pencegahan  untuk  menghadapi  semakin luasnya pencemaran sistem perairan perlu dilakukan dengan cara pemantauan dan monitoring berdasarkan parameter – parameter penentu kualitas air sehingga dapat dijadikan sistem peringatan dini ( Early Warning Sistem ) (Umar et al. , 2015). Salah satu parameter yang dapat  diamati  yaitu  tingkat  oksigen  terlarut  atau dissolved oxygen (DO) . DO merupakan jumlah molekul oksigen  yang  terdapat  pada  sistem  perairan  sebagai hasil  dari  proses  fotosintesis  organisme  berklorofil,
proses difusi dari udara bebas ke dalam air dan aerasi mekanis.  Kualitas  suatu  sistem  perairan  dikatakan baik  apabila  meningkatnya  DO  dan  sebaliknya (Harvenda et al. , 2019).
Tingkat  oksigen  terlarut  dapat  dideteksi menggunakan  modul  biosensor  yang  terintegrasi dengan  suatu microchip yaitu  biochip-G  yang diproduksi  oleh  perusahaan Cellasys GmbH    dengan diameter dan volume wadah berturut – turut yaitu 6 mm dan 350 µL ( Cellasys , 2014). Biochip-G memiliki elektroda  yang  dapat  melakukan  pengukuran  multi parameter, yaitu DO, suhu, derajat keasaman (pH) dan impedansi (IDES).
Alga Chlorella  kessleri dan Chlorella  sp digunakan  pada  penelitian  ini  sebagai  bio  indikator pengenal  pencemaran  pada  sistem  perairan  karena tingkat  sensitivitasnya  yang  tinggi  dalam  mengenali polutan  di  sekitarnya.  Alga  memproduksi  oksigen terlarut  berdasarkan  proses  fotosintesis  yang distimulasi  menggunakan  cahaya  buatan  berwarna biru dan merah dengan panjang gelombang 400 nm hingga 450 nm dan 650 nm hingga 750 nm. Cahaya dengan  spektrum  berwarna  biru  dibutuhkan  alga untuk  pertumbuhan  vegetatif  dan  spektrum berwarna  merah  untuk  pertumbuhan  generatif seperti pembungaan. Penelitian mengenai pengukuran potensial berdasarkan proses fotosintesis alga  sebelumnya  telah  dilakukan  yaitu  dengan menggunakan  cahaya  buatan  lampu  TL21  watt (Thoyyibah,  2018)  dan  lampu  LED  ( Light  Emitting Diode) tipe  C503B-BCS/BCN/GCS/GCN  (Wati et al. ,  2019)  tetapi  memiliki  beberapa  kelemahan. Lampu TL21 memiliki pancaran cahaya polikromatik sehingga  sulit  menentukan  panjang  gelombangnya, sedangkan  lampu  LED  tipe  C503B  memiliki  daya yang  kecil  sehingga  dibutuhkan  kombinasi  dari beberapa LED agar proses fotosintesis dapat berjalan dengan optimal.
Penelitian  ini  menggunakan  sumber cahaya buatan LED ( Light Emitting Diode ) bulb 149 µ molm 2 /s spektrum berwarna biru dengan panjang gelombang  490  nm  dan  spektrum  berwarna merah dengan panjang gelombang 650 nm. LED digunakan karena efisiensinya yang tinggi, cahaya yang  dipancarkan  monokromatik,  daya  yang besar, usia pakai lampu yang lama dan memiliki ukuran yang kecil. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui vitalitas respirasi dari kedua alga saat disinari  cahaya  buatan  yang  dinyatakan  dalam bentuk  tegangan  keluaran  dalam  bentuk  grafik potensial terhadap waktu.

## METODE
1. Alga Chlorella kessleri dan Chlorella sp Penelitian ini menggunakan alga C. kessleri dan C.sp sebagai  bioreseptor  yang  diperoleh  dari Sammlung von Algenkulturen Göttingen (SAG). C. kessleri termasuk  ke  dalam  famili Chlorellaceae berbentuk bulat  dengan  diameter  2  µm  sampai  dengan  9  µm, berkembang  biak  dalam  skala  laboratorium  dengan rentang  waktu  16  jam  hingga  20  jam pada  kondisi lingkungan  yang  optimal.    Kondisi  optimal  alga C.kessleri dapat berkembang biak yaitu pada rentang suhu 25°C hingga 40°C (SAG,  2018). C.sp termasuk ke dalam famili Oocystaceae dengan ukuran sebesar 3 µm sampai 8 µm. Sel alga C.sp terdapat kandungan klorofil  yang  melimpah,  lemak,  50%  protein,  serta vitamin  A,  B,  D,  E  dan  K. C.sp mampu  bertahan hidup pada suhu 40 ℃ , tetapi tumbuh dengan optimal pada kisaran suhu 25 ℃ hingga 30 ℃ (Aprilliyanti et al., 2016).
(a) (b)
Gambar 1. (a) C.kessleri (b) C.sp 2. Proses kultivasi dan pengukuran sel alga Medium  kultur  sel  alga  dibuat  dengan mencampurkan 1000mL akuades dengan 1.87 gram bubuk ACB ( Algae Culture Broth ) yang diaduk hingga homogen  mengunakan incubator  shaker dengan kecepatan  150  rpm  selama  15  menit.  Setelah homogen, sel alga diimobilisasikan ke dalam medium kultur  ACB,  lalu  dikultivasi  pada  ruangan  tertutup yang  diberikan  cahaya  buatan  TL21W  sebagai pengganti cahaya matahari dengan kondisi 12 jam ON dan  12  jam  OFF.  Populasi  awal  sel  alga  dihitung dengan  metode cell  counting menggunakan hemocytometer dengan bantuan mikroskop monocular XSP-12. Tampilan dari biochip-G diperlihatkan oleh Gambar 2.
Gambar 2. Tampilan Biochip-G
Biochip-G  memiliki  elektroda-elektroda  dengan komponen  sensor  yang  dapat  mengukur  empat parameter fisis berbeda seperti sensor amperometris (pO2)  untuk  mengukur  tingkat  oksigen  terlarut, sensor  potensiometris  (MeOx)  untuk  mengukur perubahan  pH,  sensor  impedansi  (IDES)  untuk mengukur  impedansi  dan  sensor  pt1000  untuk mengukur  perubahan  temperatur.  Spesifikasi  dari biochip-G dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Spesifikasi biochip-G Spesifikasi Keterangan Dimensi 33.8 x 24.0 x 0.5 mm ³ Massa 0,05 g Temperatur Kerja  0 °C sampai +80 °C Material Kaca Penelitian  ini  menggunakan  sensor amperometris  sebagai  pendeteksi  oksigen  terlarut (pO2)  yang  dihasilkan  oleh  sel  alga  berdasarkan proses fotosintesis. Sinyal yang dideteksi oleh sensor
pada  biochip-G  dikontrol  menggunakan  modul biosensor yang terhubung dengan komputer sehingga parameter  yang  terukur  dipresentasikan  dalam bentuk grafik potensial waktu.
Gambar 3. Set  up pengukuran pO 2
Pengukuran  tingkat  DO  dimulai  dengan pengujian awal biochip yaitu pengukuran potesial saat biochip  dalam  keadaan  kosong  dan  saat  diberikan larutan.  Pengujian  blank  biochip  menggunakan larutan  dengan  menambahkan  150µL  akuades  ke dalam chamber biochip-G selama 1000s tanpa adanya pengaruh  cahaya  buatan.  Hal  ini  bertujuan  untuk mengetahui data referensi saat biochip dalam keadaan kosong dan saat diberikan larutan.
Modul elektronik biosensor dinyalakan untuk mengetahui  kesiapan  sistem  terhubung  dengan biochip-G dan tegangan referensi disesuaikan dengan cellasys (Wiest,  2006).  Setelah  modul  elektronik ready ,  sel  alga C.kessleri dan C.sp dengan  populasi 6.86 × 10 5 sel/mL  diambil  sebanyak  150 μ L menggunakan pipet eppendorf lalu diimobilisasikan ke dalam chamber biochip-G . Cahaya  buatan  LED dinyalakan untuk mensimulasikan keadaan siang dan malam dengan rentang waktu 1000s LED OFF dan 1000s  LED  ON  selama  proses  pengukuran.  Saat pengukuran dengan kondisi OFF, sel alga mengalami
proses  respirasi  dimana  tidak  terjadi  proses fotosinteis, sedangkan saat kondisi LED ON sel alga mengalami  proses  fotosintesis.  Hasil  pengukuran dipresentasikan secara real time dalam bentuk grafik pada perangkat lunak yang tersambung ke komputer. Model  respon  tegangan  terhadap  waktu  diberikan oleh persamaan :
= / t max prod e U ) t ( U (1)
Kenaikan atau penurunan potensial dari membran sel alga  dipengaruhi  oleh  semakin  besarnya  konstanta waktu,  dimana t menyatakan  konstanta  waktu (Umar, 2020).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengukuran  dimulai  dengan  melakukan pengujian awal pada biochip-G dalam keadaan kosong tanpa  adanya  larutan  dan  pengaruh  cahaya  buatan, serta  pengujian  biochip  saat  diberikan  larutan  dan tanpa  pengaruh  cahaya  buatan.  Hasil  pengukuran potensial biochip ditunjukkan oleh Gambar 4 berikut.
Gambar 4. Hasil pengukuran pengujian awal biochip dengan kondisi A dan B
Tabel 2. Hasil Pengujian Awal Biochip
Kondisi Potensial U (mV) Min Max Biochip-G kosong (A) 1945 1950 Biochip-G + Akuades (B) 1875 1884
Berdasarkan  Gambar  4,  potensial  rata  –  rata  yang dihasilkan saat biochip pada kondisi A dalam selang waktu  0s  hingga  1000s  yaitu  sebesar  1948  mV. Pengukuran  potensial  biochip-G  pada  kondisi  B dengan  selang  waktu  1100s  hingga  2000s menyebabkan  terjadinya  penurunan  nilai  potensial
biochip. Tabel 2 menunjukkan persentase penurunan potensial sebesar 3.35% saat di immobilisasi kan larutan akuades. Hal ini terjadi karena sensor amperometris pada  biochip-G  mendeteksi  keberadaan  ion  oksigen yang  ditandai  dengan  adanya    penurunan  nilai potensial.
Hasil  pengukuran  potensial  DO  sel  alga C.kessleri dan C.sp saat  disinari  cahaya  buatan  LED
dengan  spektrum  berwarna  biru  dan  merah ditunjukkan oleh Gambar 5  berikut.
(a) (b)
Gambar 5. Grafik pengukuran potensial DO berdasarkan fotosintesis alga (a) C.kessleri (b) C.sp
Data  potensial  DO  rata  rata  yang  dihasilkan berdasarkan  eksperimen  fotosintesis  alga C.kessleri
dan C.sp saat  disinari  spektrum  berwarna  biru  dan merah dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Hasil Pengukuran DO dengan variasi spektrum cahaya Jenis Alga Respirasi (mV) Fotosintesis (mV) Biru Merah Biru Merah Chlorella kessleri 1773 1748 1765 1743 Chlorella sp 1704 1611 1635 1536
Berdasarkan Tabel 2 dan Tabel 3, persentase penurunan  potensial  yang  dihasilkan  saat  kondisi respirasi  sel  alga C.kessleri menggunakan  spektrum cahaya berwarna biru dan merah yaitu berturut turut lebih  rendah  sebesar  8.96%  dan  10.20%  dari potensial  saat  biochip  dalam  keadaan  kosong. Penurunan  potensial  yang  dihasilkan  sel  alga C.s p kondisi  respirasi  menggunakan  spektrum  cahaya berwarna  biru  dan  merah  berturut  –  turut  yaitu 12.5%  dan  17.3%  lebih  rendah  dari  pada  potensial saat  pengukuran  biochip  dalam  keadaan  kosong. Penurunan  potensial  ini  terjadi  kaena  sensor amperometris pada biochip-G mendeteksi keberadaan  ion  pada  yang  menyatakan  tingkat oksigen terlarut pada alga (Thoyyibah, 2018).
Tabel 3 menunjukkan saat kondisi fotosintesis, kembali  terjadi  penurunan  nilai  potensial.  Saat  sel alga C.kessleri disinari spektrum berwarna merah, sel alga  menghasilkan  persentase  penurunan  potensial sebesar 1.25% lebih rendah dari saat disinari cahaya dengan  spektrum  berwarna  biru.  Persentase penurunan potensial yang dihasilkan sel alga C.sp saat disinari  cahaya  spektrum  berwarna  merah  yaitu sebesar 6.05% lebih rendah dari saat sel alga disinari cahaya  dengan  spektrum  berwarna  biru.  Hal  ini terjadi  karena  cahaya  dengan  spektrum  berwarna merah lebih efektif diserap oleh kedua sel alga dalam melakukan  proses  fotosintesis  dari  pada  spektrum berwarna  biru,  sehingga  potensial  yang  dihasilkan lebih rendah. Cahaya dengan spektrum berwarna biru dibutuhkan  tanaman  untuk  proses  pembentukan kloroplas  dan  sintesa  klorofil,  sedangkan  cahaya spektrum berwarna merah diperlukan untuk proses pertumbuhan dan mekanisme fotosintesis.
Penurunan potensial terjadi karena pada saat kondisi fotosintesis  sel  alga  menghasilkan  ion  oksigen  yang dihasilkan  berdasarkan  mekanisme  fotosintesis  pada alga (Wati et al. , 2019).
Berdasarkan Tabel 3, persentase penurunan potensial  saat  sel  alga C.sp disinari  cahaya  berwarna biru  yaitu  7.36%  terhadap  potensial  saat  sel  alga C.kessleri disinari spektrum berwarna biru, sedangkan persentase  penurunan  potensial  saat  sel  alga C.sp disinari  warna  merah  yaitu  lebih  rendah  sebesar
11.80%  terhadap  potensial  alga C,kessleri disinari spektum  berwarna  merah.  Hal  ini  menunjukkan bahwa sel alga C.sp lebih sensitif dari C.kessleri . Hal ini ditandai  dengan  lebih  rendahnya  potensial  yang dihasilkan  oleh  alga C.sp saat  dilakukan  pengukuran dengan  perlakuan  yang  sama  dengan C.kessleri .  Saat proses fotosintesis, sel alga C.sp lebih reaktif karena pada sel alga C.sp terdapat kumpulan spesies alga yang tidak  teridentifikasi  di  dalamnya,  sehingga  ion oksigen  yang  dihasilkan  lebih  banyak  dan  potensial yang dihasilkan lebih rendah (Harvenda et al. , 2019).

## KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan  penelitian  yang  telah  dilakukan, dapat  diketahui  bahwa  alga C.sp lebih  sensitif dibandingkan  alga C.kessleri yang  ditandai  dengan lebih  rendahnya  nilai  potensial  yang  dihasilkan  alga C.sp .  Spektrum  cahaya  LED bulb 149 µ molm 2 /s berwarna merah lebih efektif diserap oleh kedua jenis alga  dibandingkan  spektrum  berwarna  biru,  karena spektrum berwarna merah lebih efektif diserap oleh klorofil dalam melakukan proses fotosintesis.

## DAFTAR PUSTAKA
Aprilliyanti, S., Soeprobowati, T.R. & Yulianto, B. 2016.  Hubungan  Kemelimpahan  Chlorella  sp Dengan  Kualitas  Lingkungan  Perairan  Pada Skala  Semi  Masal  di  BBBPBAP  Jepara. Jurnal Ilmu Lingkungan , 14(2): 77.
Biochip  G  Data  Sheets,  2014, Cellasys GmbH:  Part No.: 08502. 1 – 7.
Harvenda, V., Hamzah, Y., Arfianti, Linda, T.M. & Umar,  L.  2019.  Influence  of  artificial  light color  on  cellular  respiration  of  green  algae photosynthesis  activity. AIP  Conference Proceedings , 2169(November).
Parachlorella kessleri Data Sheet. 2018. Sammlung von Algenkulturen Göttingen (SAG). Strain Number 211-11h.
Thoyyibah,  H.  2018.  Pengaruh  Cahaya  Buatan,
Waktu Penyinaran, dan Jumlah Algae Culture Broth  (ACB)  Terhadap  Produksi  Oksigen Terlarut  (pO2)  dari  Alga  Chlorella  Kessleri Menggunakan  Biosensor  Biochip  –  C.  Skripsi
Jurusan  Fisika  FMIPA,  Universitas  Riau, Pekanbaru.
Tsopela, A., Laborde, A., Salvagnac, L., Ventalon, V.,  Bedel-Pereira,  E.,  Séguy,  I.,  Temple- Boyer, P., Juneau, P., Izquierdo, R. & Launay, J.  2016.  Development  of  a  lab-on-chip electrochemical  biosensor  for  water  quality analysis  based  on  microalgal  photosynthesis. Biosensors and Bioelectronics , 79: 568–573.
Umar, L., Alexander, F.A., Member, J., Wiest, J. & Member,  S.  2015.  Application  of  Algae- Biosensor  for  Environmental  Monitoring. 7099–7102.
Umar,  L.,  Aswandi,F.,  Linda,  T.M.,  Wati,A.  &
Setiadi,  R.N.  Sensitivity  and  Photoperiodism
Response of Algae-Based Biosensor Using Red and Blue LED Spectrums. AIP Coference. To be published.
Wati, A., Rusva, R. & Umar, L. 2019. Effect of LED Wavelengths  and  Light-Dark  Cycle  on Photosynthetic  Production  of  Chlorella Kessleri for Algae-Based Biosensor
Optimization. Journal  of  Physics:  Conference Series , 1351(1).
Wiest J, Stadthagen T, Schmidhuber M, Brischwein M, Ressler J, Raeder U, Grothe H, Melzer A and  Wolf  B  2006  Intelligent  mobile  lab  for metabolics  in  environmental  monitoring Analytical Letter. 39(8) 1759-1771