Analisis Morfologi Permukaan Lapisan Klorofil dengan Atomic Force Microscopy
Lidya Nur De Vega, ∗ Suharyana, dan Budi Purnama †
Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Sebelas Maret Jl. Ir. Sutami 36A Kentingan, Surakarta 57126

## Intisari
Karakteristik morfologi permukaan lapisan klorofil hasil AFM (Atomic Force Microscopy) telah dianalisis. Lapisan klorofil ditumbuhkan dengan metode spin coating pada substrat glass ITO. Hasil pengamatan morfologi dengan AFM menjelaskan bahwa lapisan dengan N = 5 memiliki permukaan yang lebih rata dibandingkan den- gan N = 3 akibat adanya proses inter molekular interaksi. Ukuran molekul penyusun lapisan klorofil membentuk distribusi Gaussian. Hasil pengamatan kurva profil permukaan diperoleh ketebalan lapisan yang diperoleh yaitu berturut-turut sebesar 287,9 dan 372,6 nm untuk N = 3 dan 5.

## Abstract
Surface morphological characteristic of chlorophyll layer have been analized. Chlorophyll layer deposited by spin coating methods on a glass coated ITO substrates. Results of morphological observation by AFM (Atomic Force Microscopy) explains that a thin layer with N = 5 has a flatter surface than with N = 3 due to inter molecular interaction process. The molecular size of the chlorophyll layers form a Gaussian distribution. From the profile curves, thickness of the layer were obtained as 287,9 and 372,6 nm for N =3 and 5 respectively.
K ATA KUNCI : chlorophyll layer, spin coating, surface morphology, AFM

## I. PENDAHULUAN
Beberapa tahun terakhir ini divais elektronika organik telah banyak dikaji oleh peneliti. Elektronika organik muncul seba- gai bidang yang dinamis dalam hal penelitian dan pengemban- gan mencakup ilmu kimia, fisika dan teknologi [1]. Bahkan dewasa ini bahan semikonduktor organik juga dimanfaatkan menjadi bahan dasar pembuatan divais elektronika OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) yang akan menampilkan warna lebih efisien [2].
Salah satu material organik yang banyak dikaji potensi elektronikanya adalah klorofil. Material ini membentuk lapisan diskrit ber-orde nanometer saat berinteraksi dengan substrat [3–5]. Material ini utamanya banyak diaplikasikan pada devais bio-fotovoltaic yang memanfaatkan tranfer ca- haya menjadi listrik dalam proses fotosintesis. Mengin- gat ukuran berorde nanometer, maka klorofil menarik un- tuk dikembangkan menjadi bagian dalam devais elektro-nika berbasis sistem nano hibrid [6–8].
Selebihnya dengan perkembangan nanoteknologi, material dapat didesain dan disusun dalam orde atom per atom atau molekul per molekul sedemikian rupa sehingga karakteris- tik fisisnya sesuai dengan yang diprediksi. Sehingga, hasil dari rekayasa material ini akan memperoleh suatu bahan yang memiliki sifat unggul dan lebih baik dari bulk.
∗ E- MAIL : lidyadvega@gmail.com
† E- MAIL : bpurnama@mipa.uns.ac.id
Pada eksperimen ini akan dilakukan penumbuhan lapisan klorofil spirulina sp berstruktur nano pattern dengan spin coating di atas substrat ITO. Karakteristik morfologi per- mukaan sampel selanjutnya diamati ketergantungannya den- gan peningkatan jumlah pelapisan dengan menggunakan AFM.

## II. METODE EKSPERIMEN

## Isolasi klorofil spirulina sp
Proses sintesis nanomolekular porphyrin alam yang akan dilakukan meliputi proses isolasi yaitu proses ekstraksi, evaporasi dan kromatografi serta evaporasi kembali untuk memperoleh larutan klorofil kemurnian tinggi yang akan di- tumbuhkan pada substrat. Ekstraksi digunakan untuk mem- peroleh klorofil alam yang terkandung dalam serbuk spirulina sp. Jenis ekstraksi yang digunakan adalah ekstraksi padat-cair yaitu memisahkan klorofil dari campurannya dalam sampel padat menggunakan pelarut organik yaitu aseton. Perbanding- an yang digunakan antara pelarut dan zat terlarut pada proses ini adalah 1 : 5 (1 gram serbuk spirulina sp dicampurkan de- ngan 5 ml aseton). Homogenisasi larutan dilakukan menggu- nakan magnetic stirrer selama 1 jam dengan kecepatan putar 200 rpm. Tahap selanjutnya adalah proses penyaringan untuk memisahkan padatan dan cairan menggunakan kertas saring Whattman dengan ukuran 2 µ m.
c Jurusan Fisika FMIPA ITS
(a) (b)
Gambar 1: Morfologi permukaan lapisan klorofil spirulina sp hasil karakterisasi AFM dengan scan range 1 µ m pada (a) N = 3 (b) N = 5.
Larutan yang telah diekstraksi kemudian melalui proses evaporasi, proses ini digunakan untuk memisahkan hasil ek- straksi yaitu antara aseton sebagai pelarut dan klorofi seba- gai terlarut. Temperatur yang digunakan adalah 45 ◦ C dengan tekanan yang digunakan adalah 0,05 MPa selama ± 1jam. Proses selanjutnya setelah evaporasi adalah kromatografi. Kromatografi digunakan untuk memisahkan komponen penyusun suatu larutan. Teknik yang digunakan adalah kro- matografi cair untuk memisahkan molekul terlarut yaitu klo- rofil yang terlarut dalam larutan hasil evaporasi. Pemisa- han ini didasarkan pada perbedaan fase gerak dan fase diam. Pada proses kromatografi digunakan silika gel dengan uku- ran 30 µ m sebagai fase diam dan pelarut N-heksan 100 ml yang kemudian diisikan kedalam kolom kromatografi. Po- sisi silika gel pada kolom harus rapat dan tidak ada rongga udara diantara silika gel. Larutan hasil evaporasi kemudian dimasukkan ke dalam kolom kromatografi dan bergerak tu- run melewati silika gel sehingga akan terjadi pemisahan dari komponen-komponen terlarutnya.
Proses evaporasi kembali dilakukan untuk memperoleh en- dapan klorofil murni. Pada proses ini larutan hasil kro- matografi dipisahkan dari pelarut N-heksan yang digunakan pada proses kromatografi dengan evaporator. Temperatur yang digunakan adalah 60 ◦ C dengan tekanan yang digunakan adalah 0,05 MPa selama ± 4 jam. Setelah itu, endapan klo- rofil murni tersebut kemudian diambil sebanyak 0,1 gram di- larutkan dengan 10 ml kloroform dan diaduk hingga homogen dengan magnetic stirrer selama 1 jam.

## Penumbuhan lapisan klorofil spirulina sp
Penumbuhan lapisan dilakukan menggunakan metode spin coating untuk mendapatkan permukaan lapisan yang mer- ata pada substrat. Substrat yang digunakan adalah kaca ITO yang telah dibersihkan menggunakan aseton pada ul- trasonic cleaner. Kondisi operasional spin coater yang di- gunakan adalah kecepatan putar 1000 rpm, dengan waktu putar 20 sekon dan temperatur post heating 40 ◦ C selama 60 sekon. Penumbuhan lapisan dilakukan dengan variasi jum- lah pelapisan sebanyak N = 3, dan N = 5. Lapisan yang ter- bentuk kemudian diamati morfologi permukaannya menggu- nakan AFM.
(a)
(b)
Gambar 2: Histogram kejadian ditemukan sebaran ukuran partikel yang diungkapkan dari nilai topografi dievaluasi pada sampel dengan (a) N = 3 (b) N = 5.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 1 menampilkan gambar 2 dimensi dari lapisan spirulina sp. dengan jumlah perulangan lapisan N = 3 dan N = 5. Kecepatan putar yang digunakan adalah 1000 rpm. Teramati dengan jelas pada gambar bahwa lapisan tersusun dari molekular berbentuk lingkaran. Ukuran molekular pada kedua sampel menunjukkan nilai yang hampir sama. Hal ini menegaskan bahwa kenaikan jumlah perulangan lapisan tidak secara signifikan menentukan ukuran molekular.
Lebih detail analisis dengan software WSxM 5.0 De- velop 7.0 [9], sebaran ukuran molekular membentuk distribusi menyerupai Gaussian seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Untuk sampel N = 3, distribusi ukuran molekular (dari ni- lai topografi) membentang hingga 200 nm dengan ukuran ter- boleh jadi paling banyak ditemukan adalah 100 nm. Sedang- kan sampel dengan N = 5, ukuran molekular dengan peluang paling besar untuk ditemukan sama dengan sampel N = 3. Na- mun bentangan ukuran molekular menjadi lebih lebar yaitu hingga 350 nm dan kurva melebar disisi kanan puncak dis-
(a) (b) (c) (d)
Gambar 3: Hasil karakterisasi AFM untuk 3D (3 dimensi) sampel klorofil spirulina sp dengan (a,b) N = 3 dan (c,d) 5 serta representasi profile permukaannya.
tribusi. Kenyataan hasil ini memberi informasi bahwa ikatan antar molekular klorofil spirulina sp lebih kuat sehingga ter- bentuk molekul dengan ukuran lebih besar untuk N lebih be- sar. Hal lain yang diamati dari grafik bahwa derajat kekasaran meningkat dengan kenaikan jumlah perulangan lapisan. Un- tuk sampel dengan N = 3, derajat kekasaran sebesar 29 diper- oleh dan menjadi 72 ketika N = 5.
Pada Gambar 3 memperlihatkan morfologi permukaan
lapisan spirulina sp dalam tampilan 3 dimensi untuk (a) N = 3 dan (b) N = 5. Scan profil permukaan masing-masing sampel ditampilkan untuk posisi pengukuran ditengah-tengah sampel. Teramati secara jelas bahwa bentuk permukaan sam- pel N = 3 lebih rata dibandingkan dengan N = 5. Hal ini se- makin menegaskan sinyalemen sebelumnya bahwa interaksi antar molekular klorofil spirulina sp lebih kuat dibandingkan dengan substrat. Dengan hasil kenaikan jumlah perulangan lapisan tidak memberikan peningkatan ketebalan secara ho- mogen keseluruhan luasan. Grafik profil untuk N = 3 dan 5 memberi nilai ketebalan secara kasar sampel lapisan klorofil spirulina sp yang diperoleh dari penentuan selisih bagian ter- atas dan terbawah. Keacakan grafik profil untuk perubahan posisi menandaskan bahwa ukuran individu molekular kloro- fil spirulina sp untuk sampel N = 3 berorde nanometer. Ben- tuk kurva profil sedikit lebih halus untuk N = 5 dikaitkan in- teraksi inter-molekular klorofil seketika terdeposit pada per- mukaan substrat atau bahkan sebelumnya. Dengan mengang- gap perbedaan permukaan tertinggi dan terendah sebagai kete- balan, maka sampel N = 3 memiliki tebal 287,9 nm dan 372,6 nm untuk N = 5.

## IV. SIMPULAN
Telah dilakukan analisis morfologi permukaan lapisan klo- rofil menggunakan AFM. Lapisan klorofil ditumbuhkan di- atas substrat ITO dengan metode spin coating. Larutan klorofil disintesis melalui proses ekstraksi, evaporasi, kro- matografi sampel serbuk spirulina sp. Kemudian hasil kro- matografi dievaporasi ulang untuk memperoleh klorofil ke- murnian tinggi sebelum ditambah dengan larutan kloroform yang kemudian ditumbuhkan pada substrat ITO. Hasil penga- matan morfologi dengan AFM menjelaskan bahwa pelapisan dengan N = 5 memiliki permukaan yang lebih merata diband- ingkan dengan N = 3 akibat adanya proses inter molekular interaksi. Ukuran molekul penyusun lapisan klorofil mem- bentuk distribusi Gaussian. Hasil pengamatan kurva profil permukaan diperoleh ketebalan lapisan yang diperoleh yaitu berturut-turut sebesar 287,9 dan 372,6 nm untuk N = 3 dan 5.
[1] L.S. Hung, and C.H. Chen, Journal Material Science Engineer- ing, R39, 143-222 (2002).
[2] S. Tiwari, and C.G. Greenham, Journal Opt. Quant. Electron, 41, 69-89 (2009).
[3] S. Boussad, A. Tazi, and R.M. Leblanc, Journal of Colloid and Interface Science, 209, 341-346 (1999).
[4] S. Boussad, J.A. DeRose, and R.M. Leblanc, Chemical Physics Letter, 246, 107-113 (1995).
[5] M. Crevecoeur, et al., Protoplasma, 212, 46-55 (2000).
[6] P. Bombelli, et al., Phys. Chem. Chem. Phys., 12, 12221-12229 (2012).
[7] S.-Y. Chen, et al., Carbon, 63, 23-29 (2013).
[8] Patrascu, et al., Beilstein Journal of Nanotechnology, 5, 2316- 1325 (2014).
[9] I. Horcas, et al., Review of Scientific Instruments, 78, 013705 (2007).