Polyethylene  Glycole  (PEG)  dan  Biomaterial  dengan  Sensor  Lapisan  Tipis  Co/Cu  Multilayer  Berbasis  Giant Magnetoresistance (GMR)
Jurnal Fisika Indonesia No: 55, Vol XIX, Edisi November 2015
Kajian  Magnetoresistansi  pada  Nanopartikel  Magnetite  (Fe 3 o 4 )  yang Dienkapsulasi  dengan  Polyethylene  Glycole  (PEG)  dan  Biomaterial dengan  Sensor  Lapisan  Tipis  Co/Cu  Multilayer  Berbasis  Giant Magnetoresistance (GMR)
Ferawati Artauli Hasibuan 1 , Indra Pardede 1 , dan Edi Suharyadi 1,*
1 Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, Indonesia *corresponding author: esuharyadi@ugm.ac.id
Abstrak  –  Telah  dilakukan  kajian  magnetoresistansi  (MR)  pada  nanopartikel  magnetit  (Fe 3 O 4 )  yang  dienkapsulasi dengan  poliethilen  glikol  (PEG)-4000  dan  biomolekul  menggunakan  sensor  lapisan  tipis  berbasis  giant magnetoresistance (GMR). Lapisan tipis yang digunakan adalah Si/Cr(5nm)/[Co(1,5nm)/Cu(x)] 20 /Cr(5nm) multilayer (x = 0,8; 0,9; dan 1,0 nm).  Fenomena GMR dipengaruhi oleh variasi ketebalan lapisan tipis dan pelapisan nanopartikel Fe 3 O 4 yang  dienkapsulasi  dengan  PEG  dan  penambahan  biomolekul  yang  mengganggu  mobilitas  momen  magnetik material. Resistansi pada ketebalan lapisan tipis Cu 0,8; 0,9; dan 1,0 nm ketika H=0  masing-masing 3,7; 3,5; dan 2,7 Ohm dan ketika  H=599,7 G masing-masing 3,5; 3,2; dan 2,3  Ohm. Nilai  MR ketika lapisan tipis dilapisi nanopartikel Fe 3 O 4 , Fe 3 O 4 yang dienkapsulasi dengan PEG, dan Fe 3 O 4 yang dienkapsulasi dengan PEG dan penambahan biomolekul masing-masing  mengalami  perubahan  yang  berbeda.  Perubahan  nilai  MR  pada  lapisan  tipis  multilayer  sebelum  dan setelah pelapisan nanopartikel menunjukkan bahwa lapisan  tipis Co/Cu multilayer dapat diaplikasikan sebagai sensor medan magnet dan potensial sebagai biosensor.
Kata kunci: giant magnetoresitance (GMR), lapisan tipis multilayer, nanopartikel Fe 3 O 4 , PEG, biomolekul
Abstract  –    A  study  of  magnetoresistance  has  been  done  on  magnetite  nanoparticle  (Fe 3 O 4 )  encapsulated  with polyethylene glycole (PEG) and biomaterials using thin film sensor based on giant magnetoresistance (GMR). The thin film  used  is    Si/Cr(5nm)/[Co(1.5nm)/Cu(x)] 20 /Cr(5nm)  multilayer  (x  =  0,8;  0,9;  dan  1,0  nm).  GMR  phenomenon  that appears influenced  by the thin film thickness variation and nanoparticle coatings which is encapsulated with PEG  and addition of biomolecule that effected the mobility of magnetic moment. Resistances on the Cu layer with thickness of 0.8; 0.9 nm; and 1.0 nm when H=0 are 3.7; 3.5; and 2.7 Ohm, respectively, and when H=599.7 G are 3.5; 3.2; and 2.3 Ohm, respectively. The value of MR when a thin film coated by Fe 3 O 4 nanoparticles, Fe 3 O 4 encapsulated with PEG, and Fe 3 O 4 encapsulated with PEG and addition of biomolecule undergo different changes. The change of MR value in the thin film multilayer before and after being coated indicate that the thin film multilayer can be applied as a magnetic field sensor and it is potential as a biosensor.
Key words: giant magnetoresistance (GMR), thin film multilayer, nanoparticle Fe 3 O 4 , PEG, biomolecule

## I. PENDAHULUAN
Kemajuan  teknologi  memungkinkan  pengembangan instrumen  yang  murah,  berkualitas  dan  otomotis.  Salah satu  jenis  instrumen  yang  akhir-akhir  ini  menarik  untuk dikembangkan  yaitu  teknologi  sensor  yang  dapat diaplikasikan  pada  berbagai  bidang  seperti  bidang otomotif,  teknologi  pengolahan,  bangunan,  medis, komunikasi,  teknologi  informasi  dan  bidang  industri. Salah  satu  sensor  yang  cukup  menarik  perhatian  para peneliti  saat  ini  adalah  sensor  magnetik  yang  bekerja melalui  pendeteksian  perubahan  medan  magnet  yang diakibatkan  karena  keberadaan  atau  pergerakan  suatu benda  yang  menjadi  objek  pengukuran.  Beberapa fenomena  yang  terjadi  pada  sensor  magnetik  antara  lain, menggunakan  efek  Hall  [1], flux-gate magnetometer, Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) magnetometer  [2], Anisotropic  Magnetoresistive (AMR)
[3], Tunneling  Magnetoresistance (TMR)  dan Giant Magnetoresistive (GMR) [4].
GMR  terjadi  karena  perubahan  MR  yang  cukup  besar yang  disebabkan  oleh  adanya  hamburan  pada  saat transport elektron.  Prinsip  dasar  dari  MR  adalah perubahan resistivitas material sebagai akibat dari respon terhadap  keberadaan  medan  magnet  luar.  Sensor  GMR lapisan  tipis  terdiri  dari  struktur sandwich , spin  valve ( sandwich  pinned )  dan multilayer .  Struktur sandwich merupakan  stuktur  dasar  GMR  yang  terdiri  dari  tiga lapisan dengan susunan bahan ferromagnetik/nonmagnetik/ferromagnetik (FM-NM-
FM). Struktur spin valve merupakan struktur yang diberi lapisan  pengunci    ( pinning  layer ),  sedangkan  struktur multilayer adalah  struktur  dengan  pengulangan  lapisan ferromagnetik/nonmagnetik  (FM/NM)  dengan  indeks n adalah  jumlah  pengulangan  [5].  Lapisan  tipis  magnetik dikembangkan  untuk  sistem  penyimpanan  ( hard-drive ) dan  pembacaan  data  digital  [6]  dengan  harapan  akan tercipta  sensor-sensor  dengan  akurasi,  kecepatan,  dan
Polyethylene  Glycole  (PEG)  dan  Biomaterial  dengan  Sensor  Lapisan  Tipis  Co/Cu  Multilayer  Berbasis  Giant Magnetoresistance (GMR)
sensitivitas  yang  sangat  tinggi  pada  ukuran  yang  sangat kecil.
Sensor GMR dapat digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti  sensor  pengukuran  arus,  pengukuran  jarak, pengukuran  kecepatan  rotasi,  keberadaan  ( prensence ), dan beberapa mulai merambah biosensor [7]. Penggunaan material GMR sebagai sensor  magnet memiliki  beberapa kelebihan  dibandingkan  sensor  lainnya  yakni,  sensivitas yang tinggi, kestabilan temperatur yang tinggi, komsumsi daya  rendah,  ukuran  kecil  dan  harga  murah,  sifat magnetik dapat bervariasi dalam rentang yang sangat luas [8].
Salah  satu  aplikasi  sensor  magnetik  berbasis  GMR dengan  menggunakan  lapisan  tipis multilayer adalah untuk  mendeteksi  suatu  keberadaan  ( presence )  sehingga sensor  GMR multilayer membuka  peluang  baru  untuk melakukan  penelitian  lebih  lanjut  khususnya  dalam aplikasi  biosensor.  Prinsip  biosensor  menggunakan sensor  GMR  adalah  pelabelan  biomolekul  yang  akan dideteksi menggunakan material nanopartikel magnetik.
Nanopartikel  Fe 3 O 4 merupakan  salah  satu  jenis material  magnetik  yang  cukup  menjanjikan  karena mempunyai  karakteristik  yang  cukup  potensial  dalam aplikasi sensor magnetik GMR. Karakteristik nanopartikel  Fe 3 O 4 meliputi  nilai  magnetisasi  saturasi ( M s )  yang  tinggi, soft magnetik,  medan  koersifitas  ( H c ) yang  kecil,  dan  nilai  anisotropi  yang  rendah  [9]  serta memiliki sifat superparamagnetik. Dalam proses pendeteksian  biomolekul  dengan  sensor  GMR  lapisan tipis multilayer tidak  dapat  dilakukan  secara  langsung. Hal  ini  disebabkan  karena  material  magnetik  dan biomolekul  tidak  dapat  berikatan  secara  langsung, sehingga  dibutuhkan  material  sebagai template untuk menumbuhkan biomolekul tersebut.
Dalam  penelitian  ini  akan  dilakukan  pengukuran  nilai Magnetoresistance (MR)  pada  lapisan  tipis multilayer dengan  variasi  ketebalan  lapisan  non  magnetik  dengan pemberian  medan  magnet  eksternal  ( H )  melalui  4- point probe  system .  Lapisan  tipis  yang  digunakan  adalah Si/Cr(5nm)/[Co(1,5nm)/Cu(x)] 20 /Cr(5nm) multilayer dengan  beberapa  variasi  ketebalan  lapisan  Cu  (x  =  0,8 nm,  0,9  nm,  dan  1,0  nm).  Selanjutnya  perubahan  MR diamati  ketika  lapisan  tipis  Co/Cu multilayer dilapisi dengan  nanopartikel  Fe 3 O 4 yang  dienkapsulasi  dengan PEG-4000 dan penambahan biomolekul.

## II. METODE PENELITIAN/EKSPERIMEN
Pengukuran  nilai  MR  dilakukan  dengan  berbasis lapisan  tipis  Si/Cr(5nm)/[Co(1,5nm)/Cu(x)] 20 /Cr(5nm) multilayer yang difabrikasi dengan metode DC magneton sputtering dengan  parameter backround  pressure sekitar 3x10 -5 Pa, sputtering gas Xe dengan tekanan 0,47 Pa, dan substrat  silikon  (Si)  seperti  yang  ditunjukkan  pada Gambar 1.
Nanopartikel  Fe 3 O 4 disintesis  dengan  menggunakan metode  kopresipitasi  berbahan  dasar  senyawa  hidrat FeSO 4 .7H 2 O  0.005  mol,  FeCl 3 .6H 2 O  0.001  mol  dan NH 4 OH  10%  dengan  konsentrasi  suhu  pengadukan
600 o C,  kecepatan  pengadukan  450  rpm  selama  90  menit dan  penegringan  dilakukan  dengan  menggunakan furnance  pada  suhu  80 o C  selama  3  jam.  Kemudian nanopartikel hasil sintesis dienkapsulasi dengan poliethilen  glikol  4000  dengan  perbandingan  1:1. Selanjutnya untuk pengukuran MR dengan menggunakan sensor  GMR  lapisan  tipis multilayer dilakukan  dengan penambahan biomolekul.
Pengukuran  MR  pada  lapisan  tipis  GMR [Co(1,5nm)/Cu(x)]
20 multilayer dilakukan dengan pemberian  medan  magnet  luar  menggunakan  metode  4- point  probe  system, terdiri  dari  probe  terluar  (probe  1 dan  4)  yang  dihubungkan  dengan  sumber  arus  (I)dan probe  bagian  dalam  (probe  2  dan  3)  untuk  teganagn  (V) yang  dihubungkan  ke  voltmeter    ditunjukkan  pada Gambar  2.  Untuk  pengukuran  MR,  lapisan  tipis  GMR dengan  variasi  ketebalan  lapisan  Cu  masing-masing dilapisi  nanopartikel  Fe 3 O 4 ,  Fe 3 O 4 yang  dienkapsulasi dengan  PEG,  dan  Fe 3 O 4 yang  dienkapsulasi  dengan  PEG dan penambahan biomolekul. Penentuan rasio sifat GMR dengan menggunakan persamaan berikut:
% 100 % x R R R MR P P AP   (1)
dengan R AP adalah  resistansi  antiparalel  ( Ω )  dan R p adalah  resistansi  paralel  ( Ω) .  Resistansinya  dapat diperoleh dari persaman berikut:
i v f t sheet R 532 , 4    (2)
dengan R sheet adalah resistansi  lapisan tipis  (Ω),  adalah ρ adalah resistivitas  dari  lapisan  tipis  (mΩ), t f adalah ketebalan  lapisan  tipis  (nm), v adalah  tegangan  yang terukur (V), dan i adalah arus yang mengalir (A).
Karakterisasi  nanopartikel  dilakukan  melalui X-ray diffractometer (XRD), transmission  electron  microscopy (TEM), vibrating  sample  magnetometer (VSM),  dan fourier transform infra red (FTIR).
Gambar  1 . Struktur  GMR  lapisan  tipis [Co(1,5nm)/Cu(x)] 20 multilayer. No Variasi ketebalan lapisan Cu 1 [Co(1,5/Cu(0,8)] 20 2 [Co(1,5/Cu(0,9)] 20
3 [Co(1,5/Cu(1,0)] 20
Polyethylene  Glycole  (PEG)  dan  Biomaterial  dengan  Sensor  Lapisan  Tipis  Co/Cu  Multilayer  Berbasis  Giant Magnetoresistance (GMR)
Gambar 2 . Geometri pengukuran MR pada lapisan tipis GMR multilayer dengan metode 4- point probe system.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  XRD  sifat  kristalin  dari  nanopartikel  Fe 3 O 4 dan Fe 3 O 4 yang  dienkapsulasi  dengan  PEG  pada  Gambar  3 menunjukkan  adanya  puncak-puncak  difraksi  masing- masing  (220)  (311)  (400)  (511)  (440)  dan  (111)  (220) (311)  (400)  (511)  (440).  Selain  itu  muncul  fasa  lain  α - Fe 2 O 3 pada  nanopartikel  Fe 3 O 4 dan  fasa  α - FeO(OH),  γ - FeO(OH),  α -Fe 2 O 3 pada  Fe 3 O 4 yang  dienkapsulasi dengan PEG. Analisa XRD menghasilkan ukuran partikel dan  parameter  kisi  Fe 3 O 4 dan  Fe 3 O 4 yang  dienkapsulasi dengan PEG ditunjukkan pada Tabel 1.
Karakterisasi  struktur  dan  morfologi  nanopartikel dengan  menggunakan  TEM  ditunjukkan  pada  Gambar  4 dan  menghasilkan  bahwa  ukuran  partikel  berbeda  antara Fe 3 O 4 dan  Fe 3 O 4 yang dienkapsulasi dengan PEG seperti padaTabel 1.
Pengujian  FTIR  pada  Gambar  5  menunjukkan beberapa  puncak  serapan  dengan  bilangan  gelombang masing-masing puncak. Pada bilangan gelombang 586,36 cm -1 dan 408,91 cm -1 terdapat ikatan tetrahedral Fe-O dan oktahedral  Fe-O.  Puncak  pada  bilangan  gelombang 3448,72 cm -1 terjadi serapan molekul air pada permukaan nanopartikel Fe 3 O 4 yang berikatan dengan polimer PEG- 4000  yaitu  vibrasi  gugus  –OH  (hidroksil).  Terdapat puncak serapan baru  pada bilangan gelombang  1350,17 cm -1 (vibrasi gugus C-O)yang menunjukkan terbentuknya ikatan  baru  antara  polimer  PEG-4000  dan  biomolekul formalin.  Puncak  dengan  bilangan  gelombang  1404,61 cm -1 terdapat  vibrasi  ikatan  C- O  antara  PEG  dan  α - amylase.
10 20 30 40 50 60 70 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 In te n s it a s ( a .u ) 2 (  ) Fe 3 O 4 (a) Fe 3 O 4 + PEG (b) 3 1 1 1 1 1  F e O (O H )  F e     2 2 0  F e 2 O 3 4 0 0 5 1 1 4 4 0 (b) (a)
Gambar 3 . Pola spektrum XRD (a)  Fe 3 O 4 dan  (b) Fe 3 O 4 yang dengan dienkapsulasi dengan PEG.
Gambar  4. Morfologi  dan  pola  difraksi  sampel  Fe 3 O 4 dan Fe 3 O 4 +PEG dengan TEM. 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 20 40 60 80 100 T rans m is i (% ) Bilangan Gelombang (cm -1 ) Fe3O4 (a) PEG (b) Fe3O4+PEG (c) Fe3O4+PEG+Formalin (d) Fe3O4+PEG+Enzim a-amylase (e) a b c d e Gambar 5 . Spektrum FTIR (a) sampel nanopartikel Fe 3 O 4 , (b) polimer  PEG-4000,  (c)  nanopartikel  Fe 3 O 4 yang dienkapsulasi dengan PEG-4000, (d) Fe 3 O 4 +PEG+biomolekul formalin, dan (e) Fe 3 O 4 +PEG+enzim α -amylase.
Pengamatan  VSM  pada  Gambar  6  menunjukkan  nilai magnetissasi  saturasi  ( M s ),  magnetisasi  remanen  ( M r ), dan koersivitas ( H c ) yang dimiliki nanopartikel Fe 3 O 4 dan Fe 3 O 4 yang  dienkapsulasi  dengan  PEG  seperti  yang ditunjukkan pada Tabel 1.
Hasil  pengamatan  dengan  menggunakan low  angle diffraction ,  lapisan  tipis  [Co(1,5)/Cu(x)] 20 multilayer dengan variasi ketebalan lapisan Cu menunjukkan puncak yang  sama  yaitu  puncak  (111)  seperti  yang  ditunjukkan Gambar  7.  Pengamatan  spektrum  XRD  dengan large angle  diffraction ,  pada  Gambar  8  ditunjukkan  puncak yang berbeda dan dari hasil perhitungan diperoleh ukuran butir dan parameter kisi seperti pada Tabel 2.
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 -15 -10 -5 0 5 10 15 H = 15 kOe M ( e m u /g r) H (kOe)
Gambar 6. Histeresis loop nanopartikel Fe 3 O 4 -60 -40 -20 0 20 40 60 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 H = 15 kOe M ( e m u /g r) H (kOe)
Polyethylene  Glycole  (PEG)  dan  Biomaterial  dengan  Sensor  Lapisan  Tipis  Co/Cu  Multilayer  Berbasis  Giant Magnetoresistance (GMR)
Tabel  1 .  Analisa  ukuran  partikel  Fe 3 O 4 ,  magnetisasi  dan medan koersivitas. Samp el XRD (nm) TEM (nm) M s (emu/g) M r (emu/g) H c (kOe) Fe 3 O 4 19,5 16,5 77,2 7,03 0,05 Fe 3 O 4 + PEG 20,9 17,6 55,7 6,3 0,06 0 200 400 600 800 1000 100 200 300 400 500 600 700 In te n s it a s (a .u ) 2 (  )
[Co(1,5)/Cu(0,8)] 20 (a)
[Co(1,5)/Cu(0,9)] 20 (b)
[Co(1,5)/Cu(1,0)] 20 (c) (1 1 1 )
Gambar  7. Pola  spektrum  XRD  pada  sampel  lapisan  tipis Co/Cu multilayer dengan variasi ketebalan lapisan Cu (a) 0,8 nm, (b) 0,9 nm, dan (d) 1 nm).
Tabel  2. Estimasi  ukuran  butir  kristal  (t),  parameter  kisi  (a), ketebalan  lapisan  tipis  (d)/ bilayer (low-XRD),  dan  ketebalan sampel  lapisan  tipis  lapisan  tipis  Co/Cu multilayer (s)  dengan variasi ketebalan Cu.
No Sampel a (Å) t (nm) d (nm) s(nm) 1 [Co(1,5/ Cu(0,8)] 20 3.69 17.2 2.1 56 2 [Co(1,5/ Cu(0,9)] 20 3.81 18.6 2.2 58 3 [Co(1,5/ Cu(1,0)] 20 3.9770 25 19.923 2.287 60
1 2 3 4 5 0 400000 800000 1200000 1600000 2000000 In te n s it a s ( a .u ) 2 (  ) [Co(1,5)/Cu(0,8)] 20 (a) [Co(1,5)/Cu(0,8)] 20 (b) [Co(1,5)/Cu(1,0)] 20 (c) a b c Gambar  8 . Pola  spektrum low -XRD  gabungan  lapisan  tipis [Co(1,5)/Cu(0,9)] 20 multilayer dengan  variasi ketebalan lapisan Cu (a) 0,8 nm, (b)  0,9 nm, dan (c) 1 nm.
Kurva  histeresis  pada  Gambar  9  menunjukkan  bahwa membuat  arah  momen  magnet  termagnetisasi  menjadi satu arah  membutuhkan  medan  eksernal  yang  kecil  yang ditunjukkan  pada  Tabel  3.  Ini  menunjukkan  bahwa  sifat magnetik  lapisan  tipis  [Co(1,5)/Cu(x)] 20 multilayer bersifat soft  magnetic dan easy  direction dimana pergeseran domain-wall nya  sangat  mudah  dipengaruhi medan  magnet  eksternal.  Hal  ini  ditunjukkan  dengan magnetisasi  saturasi  dan  permeabilitas  yang  tinggi dimana  hal  itu  ditentukan  oleh  komposisi  lapisan ferromagnetik (Co) dan nonmagnetik (Cu).
Gambar  10  menunjukkan  rasio  penurunan  nilai  MR pada  lapisan  tipis  [Co(1,5)/Cu(x)] 20 multilayer dengan variasi ketebalan lapisan Cu (0,8 nm), (0,9 nm), dan (1,0 nm)  masing-masing  berkisar  (2,28%),  (2,23%),  dan (4,9%).  Hasil  pengukuran  nilai  MR  pada  lapisan  tipis tersebut  terlihat  pada  Gambar  11  yang  menunjukkan bahwa  nilai  resistansi R pada  lapisan  tipis  turun  secara eksponensial  seiring  dengan  meningkatnya  medan magnet  eksternal H yang  diberikan.  Sebelum  medan magnet  eksternal  diberikan,  magnetisasi  pada  lapisan tipis  saling  antiparalel  satu  sama  lain  sehingga  nilai reistansinya  besar.  Setelah  diberikan  medan  magnet eksternal,  moment  magnetik  pada  lapisan  tipis  akan termagnetisasi  menjadi  paralel  dan  menyebabkan resistansi menurun. Hal ini terjadi karena momen-momen magnetik pada lapisan tipis saling menyearahkan
-1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 M a g n e ti sa si ( e m u /c m -3 ) Medan Magnet Eksternal (Gauss) Histeresi s Loop [Co(1,5)/Cu(0,8)] 20 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 Histeresis Loop [Co(1,5)/Cu(0,9)] 20 M a g n e ti a s i (e m u /c m -3 ) Medan Magnet Eksternal  (Gauss) -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 Histeresis Loop [Co(1,5)/Cu(1,0)] 20 M a g n e ti s a s i (e m /c m -3 ) Medan Magnet Eksternal (Gauss)
Gambar 9. Histeresis loop pada lapisan tipis Co/Cu multilayer dengan  variasi  ketebalan  lapisan  (a)  0,8  nm,  (b) 0,9 nm, (c) 1,0 nm.
-100 -50 0 50 100 -0 .02 -0.0 15 -0.0 1 - 0.00 5 0 0.00 5 0.01 0.015 0 .02 -1 00 - 50 0 50 1 00 -0 .0 2 - 0. 01 5 - 0.0 1 -0 .00 5 0 0.0 0 5 0.0 1 0 .01 5 0 .02 -400 -200 0 200 400 -0.0 4 -0.02 0 0.02 0. 04
Polyethylene  Glycole  (PEG)  dan  Biomaterial  dengan  Sensor  Lapisan  Tipis  Co/Cu  Multilayer  Berbasis  Giant Magnetoresistance (GMR)
Tabel 3. Perhitungan hasil magentisasi histeresis loop lapisan tipis Co/Cu multilayer . No Sampel M s (emu/cm -3 ) M r (emu/cm -3 ) H c (Oe) 1 [Co(1,5)/ Cu(08)] 20 1369,1 16,1 1,5 2 [Co(1,5)/ Cu(0,9)] 20 1409,3 15,4 1,7 3 [Co(1,5)/ Cu(1,0)] 20 1429,5 97.3 11 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 -600 -400 -200 0 200 400 600 [Co(1,5)/Cu(0,8)]20 [Co(1,5)/Cu(0,9)]20 [C0(1,5)/Cu(1,0)]20 % M R Medan Magnet Eksternal (Gauss) c a b
Gambar  10. Grafik  hubungan  antara  %MR  dengan  medan magnet  eksternal  pada    lapisan  tipis  Co/Cu multilayer dengan  variasi  ketebalan  lapisan  Cu
(a) 0,8 nm, (b) 0,9 nm, dan (c) 1,0 nm 10 11 12 13 14 15 16 17 0 100 200 300 400 500 600 [Co(1,5)/Cu(0,8)]20 [Co(1,5)/Cu(0,9)]20 [Co(1,5)/Cu(1,0)]20 R s (O h m ) Medan Magnet Eksternal (Gauss) a b c
Gambar  11. Grafik  hasil  pengukuran  resistansi  pada  lapisan Co/Cu multilayer dengan variasi ketebalan lapisan
Cu (a) 0,8 nm, (b) 0,9 nm, dan (c) 1,0 nm.
Fenomena MR lapisan tipis [Co(1,5)/Cu(0,8)] 20 multilayer yang  dilapisi  nanopartikel  yang  dienkapsulasi  dengan PEG  dan  penambahan  biomolekul  ditunjukkan  pada Gambar  12,  dapat  diamati  bahwa  terjadi  perubahan resistansi  yang  sangat  signifikan.  Nilai R lapisan  tipis pada saat  H=0   dan  H=599,7 G adalah 3,7 Ohm dan 3,5
Ohm.  Perubahan  nilai R ketika  lapisan  tipis  dilapisi Fe 3 O 4 , Fe 3 O 4 yang dienkapsulasi dengan PEG, dan Fe 3 O 4 yang  dienkapsulasi  dengan  PEG  dan  penambahan biomolekul  masing-masing  adalah  sekitar  ±16,4%, ±1,9%,  dan  ±0,9%  seiring  dengan  pertambahan  medan magnet eksternal.
Gambar  13  menunjukkan  hubungan  resistansi  dengan medan magnet eksternal pada lapisan tipis [Co(1,5)/Cu(0,9)] 20 multilayer dilapisi  nanopartikel  yang dienkapsulasi  dengan PEG dan  penambahan  biomolekul. Nilai R pada lapisan tipis pada saat H =0  dan H=599,7 G adalah  3,5  Ohm  dan  3,2  Ohm.  Perubahan  nilai R ketika lapisan  tipis  dilapisi  Fe 3 O 4 ,  Fe 3 O 4 yang  dienkapsulasi dengan PEG, dan Fe 3 O 4 yang dienkapsulasi dengan  PEG dan  penambahan  biomolekul  masing-masing  adalah sekitar ±3,5%, ±0,9%, dan ±2,5%. Perubahan nilai MR pada lapisan tipis [Co(1,5)/Cu(1,0)] 20 multilayer ditunjukkan oleh Gambar 14. Penurunan  nilai  resistansi  terjadi  seiring  dengan pertambahan medan magnet eksternal yang diberikan.
0 10 20 30 40 50 60 0 100 200 300 400 500 600 Data 1 0.8 nm 12:33:10 PM 3/30/2015 [C0(1,5)/Cu(0,8)]20 (a) [Co(1,5)/Cu(0,8)]20+Fe3O4  (b) [Co(1,5)/Cu(0,8)]20+Fe3O4+PEG (c) [Co(1,5)/Cu(0,8)]20+Fe3O4+PEG+Formalin (d) R e s is ta ns i (O h m ) Medan Magnet Eksternal (Gauss) a c b d
Gambar  12. Hubungan R dengan H pada  lapisan  tipis  (a) [Co(1,5)/Cu(0,8)] 20 multilayer dengan pelapisan nanopartikel (b) Fe 3 O 4 , (c) Fe 3 O 4 +PEG, dan (d) Fe 3 O 4 +PEG+Formalin.
Polyethylene  Glycole  (PEG)  dan  Biomaterial  dengan  Sensor  Lapisan  Tipis  Co/Cu  Multilayer  Berbasis  Giant Magnetoresistance (GMR)
2 4 6 8 10 12 14 0 100 200 300 400 500 600 [Co(1,5)/Cu(0,9)]20 (a) [Co(1,5)/Cu(0,9)]20+Fe3O4 (b) [Co(1,5)/Cu(0,9)]20+Fe3O4+PEG (c) [Co(1,5)/Cu(0,9)]20+Fe3O4+PEG+Formalin (d) R e s is ta n s i (O h m ) Medan Magnet Eksternal (Gauss) a c d b
Gambar  13. Hubungan  resistansi  dengan  medan  magnet eksternal pada lapisan tipis (a) [Co(1,5)/Cu(0,9)] 20 multilayer dengan pelapisan nanopartikel  (b) Fe 3 O 4 , (c) Fe 3 O 4 +PEG, dan (d) Fe 3 O 4 +PEG+Formalin. 0 20 40 60 80 100 0 100 200 300 400 500 600 [Co(1,5)/Cu(1,0)]20 (a) [Co(1,5)/Cu(1,0)]20+Fe3O4 (b) [Co(1,5)/Cu(1,0)]20+Fe3O4+PEG (c) [Co(1,5)/Cu(1,0)]20+Fe3O4+PEG+Formalin (d) [Co(1.5)/Cu(1.0)]20+Fe3O4+PEG+enzim alpha amylase (e) R e s is ta n s i (O h m ) Medan Magnet Eksternal (Gauss) e b c d a
Gambar  14. Hubungan R dengan H pada  lapisan  tipis  (a) [Co(1,5)/Cu(1,0)] 20 multilayer dengan pelapisan nanopartikel  (b)  Fe 3 O 4 ,  (c)  Fe 3 O 4 +PEG,  (d) Fe 3 O 4 +PEG+Formalin,  dan  (e)  Fe 3 O 4 +PEG+α - amylase.
Nilai R pada lapisan tipis pada saat H =0  dan H=599,7 G adalah 2,7 Ohm dan 2,3 Ohm. Perubahan nilai R ketika lapisan  tipis Co/Cu multilayer dilapisi  Fe 3 O 4 ,  Fe 3 O 4 yang dienkapsulasi dengan PEG, dan Fe 3 O 4 yang dienkapsulasi dengan  PEG  dan  penambahan  biomolekul  formalin  dan enzim α -amylase  masing-masing  adalah  sekitar  ±15,6%, ±2,6%,  ±1,7%  dan  ±36,7%.  Timbulnya  perubahan resistansi  tersebut  disebabkan  oleh  hamburan  partikel bermuatan (elektron-elektron penghantar) yang bergantung  dari  orientasi  spin,  yaitu spin  up dan spin down yang  memberikan  efek  yang  berbeda  pada hamburan  yang  disebabkan    adanya  medan  magnet  luar. Gangguan  momen  magnet  yang  saling  berlawanan  pada lapisan  tipis  dipengaruhi  oleh  momen  magnetik nanopartikel Fe 3 O 4 , kemudian nanopartikel dienkapsulasi dengan PEG dan penambahan biomolekul.

## IV. KESIMPULAN
Sintesis  nanopartikel  Fe 3 O 4 dan  dienkapsulasi  dengan polyethylene glycole (PEG-400) telah berhasil dilakukan. Karaketerisasi dilakukan untuk megetahui struktur kristal dan  ukuran  partikel  menggunakan  XRD  dan  TEM,  sifat kemagnetan  menggunakan  VSM,  serta  FTIR  untuk mengetahui  ikatan  molekul.  Pengukuran  histeresis  telah menghasilkan    kurva  histeresis  yang  sesuai  dengan fenomena  GMR  yang  ditimbulkan  akibat  medan  magnet eksternal.  Kajian  magnetoresistansi  (MR)  pada  lapisan tipis [Co(1,5)/Cu(x)] 20 multilayer dengan variasi ketebalan  lapisan  Cu  menunjukkan  sensitivitas  yang tinggi  terhadap  medan  magnet  luar  rendah.  Dari  hasil pengukuran  magnetoresistansi  lapisan  tipis,  diperoleh bahwa dengan bertambahnya ketebalan lapisan nonmagnetik  (Cu)  maka  resistansinya  akan  semakin menurun.  Setiap  pengukuran  MR  yang  divariasi  dengan ketebalan  lapisan  Cu  dan  dilapisi  oleh  nanopartikel Fe 3 O 4 ,  Fe 3 O 4 yang  dienkapsulasi  dengan  PEG  dan penambahan  biomolekul  diperoleh  nilai  MR  yang berbeda.  Hal  ini  disebabkan  pergerakan  spin  magnetik pada  lapisan  tipis  yang soft  magnetic ( easy  direction ) yang  dipengaruhi  nanopartikel soft  magnetic ( hard direction )  demikian  juga  dengan  nanopartikel  yang dienkapsulasi dengan PEG. Berdasarkan hasil pengukuran  dan  kajian  tentang  fenomena  GMR,  maka lapisan tipis [Co(1,5)/Cu(x)] 20 multilayer telah mengindikasikan  untuk  aplikasi  yang  cukup  potensial  di bidang sensor magnet pada daerah linier 0-600 gauss dan potensi  pengembangan  sensor  GMR  ke  depan  sebagai biosensor sangat potensial terutama di bidang medis.

## UCAPAN TERIMA KASIH
1. Nano-Fabrication Consortium of Nagoya University, Culture, Spotrs, Science, and Technology (MEXT) Nano-Project Platform, Japan, 2012-2017.
2. Hibah  Penelitian  Kompetensi  (HIKOM)  Dikti, Kementrian Pendidikan Nasional, 2015-2016.

## PUSTAKA
[1] P.  A.  Besre,  G.  Boero,  M.  Demierre,  V.  Pott,  dan  R. Popovic, Detection of a Single Magnetic Microbead using a  Miniaturized  Silicon  Hall  Sensor, Applied  Physics Letters , vol. 80, no. 22, 2002, pp. 4199-4201.
[2] S. Lee, W. R. Myers, W. H. I. Grossman, H. M. Cho, Y. R.  Chemla, dan  J. Clarke,   Magnetic  Gradiometer Based on  a  High-Transition  Temperature  Superconducting Quantum Interference Device for Improved Sensitivity of a  Biosensor, Applied  Physics  Letters ,  vol.  81,2002,    pp. 3094-3096.
[3] M. M. Miller, G. A. Prinz, S. F. Cheng, dan S. Bounnak, Detection  of  a  Micron-Sized  Magnetic  Sphere  Using  a Ring-Shaped Anisotropic Magnetoresitance Based Sensor: a Model for a  Magnetoresitance based Bioensor, Applied Physics Letters , vol. 81,  no. 12, 2002,  pp. 2211- 2213.
Polyethylene  Glycole  (PEG)  dan  Biomaterial  dengan  Sensor  Lapisan  Tipis  Co/Cu  Multilayer  Berbasis  Giant Magnetoresistance (GMR)
[4] J.C.  Rife,  M.M.  Miller,  P.E.  Sheehan,  C.  R.  Tamanaha, M. Tondra, dan L. J. Whitman,  Design and Performance of  GMR  Sensors  for  the  Detection  of  Magnetic Microbeads in Biosensors. Sensor and Actuator A,  2003, pp.107:209–218.
[5] M.  Djamal,  dan  Yulkifli.,  Penumbuhan  Lapisan  Tipis NiCoFe/Si  Sebagai  Material  Pembuatan  Sensor  Giant Magneto  Resistance  (GMR), Jurnal  Fisika  Himpunan Fisika Indonesia , vol, 9, no. 1, 2009, pp.1-11.
[6] K.  Wiesen,  dan  B. Cross,  GMR  Head  Side-Reading  and Bit  Aspect  Ratio, IEEE  Transactions  on  Magnetics ,  vol. 39, no. 5, 2003.
[7] S.  I.  Kasatkin,  N.  P.  Vasil’eva,  dan    A.  M.  Murav’ev, Biosensors Based on Thin-film Magnetoresistive Sensors, Automation  and  Remote  Control ,  vol.  71,  no.  1,  2010, pp.156–166,  ISSN 0005-1179.
[8] G.  Li,  S.  Sun,  R. J.  Wilson,  R.  L.  White, N.  Pourmand, dan  S.  X.  Wang,  Spin  Valve  Sensors  for  Ultrasensitive Detection  of  Superparamagnetic  Nanoparticles  for Biological  Applications, Sensors  and  Actuators  A ,  vol 126, 2006, pp.98-106.
[9] S.  X.  Wang,  dan  G.  Li,  Advances  in  Giant Magnetoresistance Biosensors
with Magnetic Nanoparticle  Tags:  Review  and  Outlook, IEEE
Transaction on Magnetics , vol. 44, no. 7, 2008, pp.1687- 1691.