Vol.3, No.1, Februari 2019, hal. 1-10 ISSN: 2549-3698 (printed)/ 2549-3701 (online)

## Potensi Laser ( Light Amplification by Stimulated
Emission of Radiation ) Sebagai Pendeteksi Bakteri (Studi Awal Detektor Makanan Halal)
Hadi Kurniawan
Fakultas Tarbiyah dan Keguruan, Universitas Islam Negeri Ar-Raniry Banda Aceh Email : hadik@ar-raniry.ac.id

## Abstrak
Penelitian ini  dilakukan untuk  mengetahui  keberadaan  mikroorganisme  pada  sebuah  benda yang merupakan  kebutuhan dasar  manusia. Bakteri  Escericia coli  sebagai  mikroorganisme  patogen  banyak ditemukan  didalam  feses  hewan.  Penggunaan  laser  untuk  mendeteksi  keberadaan  bakteri  memberikan hasil  yang  cukup  signifikan.  Dengan  panjang  gelombang  532  nm  dan  650  nm  spektrum  spekel  bisa ditangkap  oleh  kamera  CMOS  30  fps  12  mp  dengan  baik,  sehingga  dihasilkan  intensitas  kontras  yang berbeda. Pengukuran intensitas dilakukan dengan menggunakan sofware matlab dengan arah penyinaran Vertikal dan ukuran gambar 320x240 piksel.

## Kata kunci : Bakteri Escericia Coli, Laser, Spekel, intensitas, piksel

## Abstract
This research was conducted to determine the existence of microorganisms on an object which is a basic human need. Bacteria Escericia coli as pathogenic microorganisms commonly found in animal feces. The use of lasers to detect the presence of bacteria provides significant results. With a wavelength of 532 nm and 650 nm the speckle spectrum can be captured by a 30 mps 30 fps CMOS camera properly, resulting in different contrast intensities. Intensity measurement is done using matlab software with Vertical irradiation direction and image size 320x240 pixels.
keywords: Escericia Coli Bacteria, Laser, Speckle, intensity, piksel

## 1. Pendahuluan
Dalam ilmu fisika, cahaya adalah energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik yang tampak dengan  panjang  gelombang  sekitar  380-750  nm. Dengan  adanya  cahaya  yang  menjalar  pada suatu  tempat,  secara  otomatis  energi  juga  akan  berpindah  ke tempat  tersebut.  Sifat  dualisme cahaya sebagai partikel dan gelombang membuat cahaya memiliki sifat yang unik untuk diteliti. Laser  sebagai  teknologi  yang  memanfaatkan  cahaya  akhir-akhir  ini  semakin  pesat perkembangannya, laser tidak hanya digunakan dalam kegiatan medis, keamanan atau estetika, akan  tetapi  laser  juga  dapat  memiliki potensi  sebagai  sensor  pendeteksi  material  berukuran mikrometer bahkan sampai nanometer.
Penelitian  di Korea  Advanced  Institute  of  Science  and  Technology menyatakan  bahwa mereka  telah  berhasil  membuat  sebuah  sensor  berbasis  Laser  merah  yang  bisa  mendeteksi keberadaan bakteri pada makanan dengan pola refleksi yang berbeda saat ditembakkan pada sampel  yang  mengandung  bakteri,  sehingga  potensi  manusia  mengalami  keracunan  akibat bakteri  dapat  diminimalisasi  (Silvia  Galikano,  CNN  Indonesia). Keberhasilan  para  peneliti mendeteksi  berbagai  macam  bakteri  merupakan  langkah  baru  bagi  umat  islam  dalam
pengintegrasian  sains  teknologi  dalam  mewujudkan  gaya  hidup  halal  yang  merupakan  suatu tuntutan  yang  sangat  mendesak.  Oleh  karena  itu  Aplikasi  laser  sangat  berpotensi  sebagai detektor halal bagi umat islam.

## 2. Tinjauan Pustaka
Cahaya  merupakan  salah  satu  besaran  fisika  yang  sangat  penting  dalam  kehidupan,  tanpa cahaya tidak satupun benda yang berada di dunia ini akan terlihat. Secara fisika cahaya dapat diartikan sebagai pancaran energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik yang berasal dari sumber  cahaya.  Sumber  cahaya  adalah  benda-benda  yang  dapat  mengeluarkan  energi elektromagnetik atau disebut dengan radiasi elektromagnetik. Salah satu sumber cahaya adalah matahari,  dimana  matahari  memancarkan  radiasi  elektromagnetik  sehingga  sampai  ke  bumi, radiasi tersbut juga membawa partikel-partikel kecil yang memiliki energi  dan disebut photon.
Cahaya  yang  sampai  ke  bumi  memiliki  beberapa  karakter,  ada  yang  disebut  dengan cahaya  tampak  ada  pula  cahaya  yang  tidak  tampak.  Karakterisasi  cahaya  tampak  dan  tidak tampak  bergantung  pada  panjang  gelombang  (λ)  dari  cahaya  itu  sendiri.  Hasil  eksperimen menunjukkan panjang gelombang dari masing-masing cahaya tersebut yang kemudian disebut dengan spektrum gelombang.
Gambar1. Spektrum gelombang elektromagnetik (sumber kelasbelajarku.blogspot.co.id)
Laser adalah cahaya yang diperkuat dengan cara menstimulasi radiasi yang terjadi pada sebuah sumber  cahaya.  Cahaya  yang  dihasilkan  akan  direfleksikan  secara  berulang-ulang  sehingga pada suatu keadaan akan dikeluarkan dalam bentuk sinar yang fokus terhadap suatu objek.
Gambar 2. Mekanisme laser (sumber hyperphisics)
e-ISSN  2549-3701
Karakteristik LASER menurut beberapa ahli adalah:
a. Koheren
Bagian lain dari Laser berhubungan satu sama lain  dalam fasenya. Hubungan ini terjadi karena satu fase saling menguatkan dengan fase yang lain sehingga efek penguatan itu bisa memungkinkan untuk digunakan dalam teknologi hologram
b. Monokromatik
Cahaya  laser  terdiri  dari  satu  panjang  gelombang  yang  konstan  yang  dihasilkan  oleh emisi atom pada level energi yang sama
c. Fokus
Karena  laser  merupakan  cahaya  yang  diperkuat  akibat  refleksi  maka  cayaha  yang dikeluarkan bergerak lurus dan terarah pada satu titik

## 3. Metodologi Penelitian
Metode  penelitian  yang  dilakukan  pada  penelitian  ini adalah  eksperimen  laboratorium  dimana dilakukan  persiapan  penelitian,  proses  penelitian  dan  identifikasi  hasil  penelitian  di  dalam laboratorium. Adapun proses penelitian dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1.
Desain alat yang digunakan seperti gambar 2.
Gambar 2.
4. Hasil dan pembahasan
Penelitian  ini  telah  dilakukan  dengan  menggunakan  bakteri escericia  coli sebagai  objek penembakan sinar laser. Bakteri escericia coli didapatkan dari sampel kotoran kambing yang di tumbuhkembangkan  dan  dikumpulkan  di  laboratorium  mikroorganisme  Fakultas  kedokteran hewan  Universitas  Syiah  Kuala.  Rancang  bangun  peralatan  shooting  point  laser  dilakukan  di laboratorium Optoelektronika jurusan Fisika FMIPA Universitas Andalas dengan mengadopsi unit peralatan yang sudah tersedia di laboratorium tersebut. Unit peralatan shootting point terdiri dari kamera webcam 12 megapixel dengan frekuensi 30 fps dengan sensor CMOS dipadukan dengan laser  Dioda  Hijau  kelas  II,  panjang  gelombang  532  nm  kemudian  laser  dioda  merah  kelas  II dengan panjang gelombang yang dihasilkan 650 nm.
Penembakan  sampel  koloni  bakteri  dilakukan  berulang-ulang  sehingga  didapatkan gambar spekel yang bagus dan bisa dihitung konstanta kontrasnya. Pada saat ini gambar hasil penembakan  bakteri  sudah  didapat  sehingga  dapat  dilakukan  langkah  selanjutnya  yaitu mengolahh citra gambar spekle hasil tembakan bakteri menjadi intensitas. Hasil intensitas yang terbacamenunjukknan adanya anomali, sehingga dapat diproyeksikan keberadaan dan keadaan bakteri pada sebuah bahan.
Hasil  penembakan  laser  pada  bakteri  staphylococus  epidermidis  menunjukkan  terjadi penurunan  aktivitas  dan  pengurangan  persentase  jumlah  bakteri.  Hal  ini  diakibatkan  oleh intensitas  cahaya  dan  temperatur  yang  mengenai  tubuh  bakteri  mengakibatkan  bakteri mengalami kerusakan struktur tubuh (Yusro Ahmadiah, 2016).

## 4.1. Perbandingan Citra Mokroskop Optik Dengan Pola Spekel Laser
Dari  hasil  penelitian  yang  dilakukan  dengan  menggunakan  mikroskop, didapatkan  gambar mikroorganisme  bakteri  escericia  coli  yang  ditumbuhkan  di  laboratorium  kedokteran  hewan Unsyiah adalah sebagai berikut.
Gambar 3. Koloni Bakteri e coli
Citra  mikroskop  optik  menunjukkan  ada  keberadaan  koloni  bakteri  escericia  coli  pada sampel  kotoran  kambing,  dengan  menggunakan  perbesaran  40  kali  tubuh  bakteri  dapat terlihatdengan jelas, akan tetapi bagian – bagian dari bakteri tersebut tidak bisa terlihat dengan jelas  karena  kemampuan  perbesaran  miroskop  hanya  40  kali.  Ketika  dilakukan  perbesaran menjadi 100 kali, bentuk fisis dari bakteri escericia coli tidak dapat dilihat dengan jelas. Hal ini disebabkan karena preparat bakteri yang digunakan terlalu tebal.
e-ISSN  2549-3701
Gambar 4. Tubuh e coli
Gambar  4. Memperlihatkan beberapa  sel  bakteri  escericia  coli  yang  utuh,  dilihat  dengan menggunakan mikroskop optik dengan perbesaran 40 kali
Gambar E. Tubuh e coli
Gambar F Tubuh e coli
Ketika  dilakukan  penembakan  laser  terhadap  sel  organik  yang  dilakukan  ditemukan bahwa nilai cahaya refleksi yang  terjadi pada bahan tersebut memiliki pola spekle yang berbeda. Semakin  tebal  dental  plaq  yang  terjadi  maka  nilai  kontras  spekle  menjadi  semakin  rendah, sebaliknya ketika dental plaq semakin tipis maka nilai kontras dari spekel yang terjadi semakin tinggi.  Hal  ini  disebabkan  oleh  jumlah  koloni  mikroorganisme  pada  bagian  sampel  tersebut. Semakin banyak mikroorganisme pada sebuah sampel maka cahaya laser yang masuk ke dalam koloni akan semakin banyak sehingga cahaya laser yang direfleksikan semakin sedikit, akibatnya pola  spekel  yang  terbentuk  menjadi  banyak  titik  gelapnya  sehingga  nilai  kontrasnya  semakin kecil.

## 4.2. Pengolahan citra spekel laser dengan Matlab 7
Gambar 5. Citra Laser Berwarna dan Grey Scale (Gambar Pertama, “ada bakteri”)
Gambar 6. Histogram (Gambar Pertama)
e-ISSN  2549-3701
Gambar 7. Citra Laser Berwarna dan Grey Scale (gambar kedua)
Gambar 8. Histogram (Gambar kedua)
Gambar 9. Citra Laser Berwarna dan Grey Scale Gambar e. (tidak ada bakteri)
Gambar 10. Histogram (tidak ada bakteri)
Gambar 11. Citra Laser Berwarna dan Grey Scale gambar f (tidak ada bakteri)
e-ISSN  2549-3701
Gambar 12. Histogram Gambar f  (tidak ada bakteri)
Tabel 1. Data pengambilan citra sampel no Gambar Mean (μ) (x1000) Variance (σ 2 ) Skewness (α 3 ) Kurtosis (α 4 ) Entropy (H) 1 1 0.0505 6.5723 0.0014 0.0002 0.0050 2 2 0.0508 6.9735 0.0014 0.0003 0.0048 3 3 0.0485 6.4591 0.0014 0.0004 0.0048 4 4 0.0462 6.0533 0.0015 0.0005 0.0047 5 5 0.0659 6.0492 0.0010 -0.0003 0.0064 6 6 0.0604 4.9700 0.0009 - 0.0007 0.0062 7 7 0.0656 5.4185 0.0010 -0.0003 0.0065 8 A 0.1316 2.4573 - 0.0012 0.0002 0.0070 9 B 0.1271 4.3318 - 0.0002 -0.0010 0.0079 10 C 0.1031 4.7695 - 0.0002 -0.0014 0.0074 11 D 0.1458 5.8925 - 0.0002 -0.0015 0.0078 12 E 0.1178 8.6877 0,0003 -0.0014 0.0070 13 F 0.1174 8.7079 0,0003 -0.0014 0.0070
Pada penembakan sampel 1 sampai 7  didapatkan nilai meannya hampir sama yaitu berkisar dari 46,2 sampai 60,4, hal  ini  dikarenakan sampel  yang ditembak adalah sampel  yang didalamnya terdapat  koloni  bakteri,  kemudian  sampel  dengan  inisial  huruf  A  sampai  F  nilai  meannya  juga memiliki kecendrungan yang sama yaitu 103,1 sampai 145,8

## 5. Kesimpulan dan Saran

## a. Kesimpulan
Penembakan bakteri escericia coli oleh laser menghasilkan bentuk spekel yang spesifik dan bisa dijadikan acuan keberadaan bakteri pada sebuah benda atau bahan. Panjang gelombang yang dipancarkan dari laser ada sebagian yang diabsorbsi oleh bakteri dan sebagian lagi di refleksikan. Besarnya absorbsi cahaya laser oleh bakteri ditunjukkan dengan intensitas kontras dari spekel cahaya laser yang ditembakkan pada bakteri. Semakin terang cahaya spekel yang diterima oleh kamera  maka  potensi  keberadaan  bakteri  semakin  kecil,  sebaliknya  semakin  kecil  intensitas cahaya spekel yang diterima oleh kamera maka potensi keberadaan bakteri semakin besar.

## b. Saran
Untuk  penelitian  selanjutnya  perlu  diteliti  lagi  sifat  spesifik  dari  besarnya  absorbansi  dan reflektansi dari tubuh bakteri, sehingga dapat menentukan mana bakteri baik dan mana bakteri yang patogen

## REFERENSI
Ahmadiah  Yusro.  (2016). Optimasi  laser  dioda  405  nm  untuk  penonaktifan  biofilm  bakteri  staphylococus epidermidis . Skripsi, Fisika FST UIN Maulana Malik Ibrahim .Malang. Harmadi. (2011). Aplikasi Pola Spekel Akusto-Optik untuk Pendeteksian Vibrasi Akustik pada Dental Plaque Biofilm , Disertasi, PPs Universitas Airlangga, Surabaya. Meli. Dkk. (2013). Analisis pola dan ukuran bulir spekel menggunakan LSI pada lapisan tipis TiO2, jurnal fisika dan aplikasinya , volume 9 no 2.
Pelczar, J.  M. dan Chan, E. C. S. (1998). Dasar-dasar Mikrobiologi .UI-Press, Jakarta. Periassami. (2009). Optical probe in biology . CRC press. New York Photonic spectra. (2017). The bandwith bottleneck . Laurin Publishing, Sunnyvale. Shulika oleksiy. (2009). Advanced lasers (laser physics and technology for aplied and fundamental science). Springer. USA Silvia Galikano, CNN Indonesia | Rabu, 25/05/2016 09:54 WIB Tippler, P.A. (1991). Fisika Untuk Sains dan Teknik . Erlangga . Jakarta. Thomas h lee. (2009). The design of CMOS radio frequency integrated circuit . Cambridge www.hyperphisics.com