mReader, Laboratorium Portabel Berbasis Smartphone Pendeteksi Infeksi

Oleh: Lathoiful Isyaroh

Di daerah terpencil, terbatasnya pelayanan kesehatan, peralatan laboratorium dan tenaga medis untuk pengujian imun dalam mendiagnosis penyakit dapat memakan waktu yang lama. Waktu pengujian yang lama ini dapat menghabiskan biaya banyak dan menunda pengendalian infeksi dengan tepat waktu, sehingga penyakit tersebar luas lebih cepat.

Untuk memenuhi kebutuhan analisis multifungsi dan memanejemen kesehatan secara digital, teknologi kesehatan yang didukung perangkat mobile sangat dibutuhkan dan saat ini telah berkembang cepat, termasuk penggunaan ponsel sebagai informasi kesehatan, pengumpulan data dan diagnostik. Hingga 2016, banyak aplikasi kesehatan mobile tersedia di appstore. Namun sedikit dari perangkat diagnostik tersebut telah tervalidasi secara klinis(2). Salah satu tantangannya adalah menyesuaikan desain perangkat dengan kebutuhan diagnostik berbagai penyakit yang kompleks dan memperoleh hasil pengujian yang tinggi secara bersamaan.

Menjawab tantangan tersebut, baru-baru ini peneliti dari Universitas Washington dan peneliti dari Universitas Pennsylvania berkolaborasi mengembangkan suatu laboratorium portabel murah yang terintegrasi telepon pintar bernama mReader. mReader ini dapat mendeteksi infeksi yang disebabkan 12 macam virus dan bakteri umum, seperti gondok, campak, herpes dan penyakit lyme(1). Berbeda dengan kebanyakan perangkat diagnostik kesehatan mobile lain yang hanya bisa menganalisa satu sampel dalam satu waktu, mReader mampu menganalisa 96 sampel sekaligus, sehingga hasil tes dapat diperoleh dengan lebih cepat dan lebih murah.

Gambar 1. Profesor Lei Li (kiri) dan mahasiswa (kanan) mencoba menguji mReader

Susunan prisma mikro dibuat mengikuti ilustrasi skema 1(3). Pada tahap pertama, cetakan negatif dari susunan prisma mikro dicetak dengan printer 3D (3 dimensi) membentuk sebuah padatan. Dalam hal ini bahan cetak yang digunakan adalah Akrilonitril-Butadiena-Stirena. Selanjutnya permukaan prisma mikro dilapisi lembaran termoplastik (Polietilen Tereftalat, PET) dengan ketebalan 1/32 inci menggunakan mesin vakum, untuk meningkatkan kualitas permukaan agar tampak halus. Tahap terakhir, setelah cetakan vakum, PDMS dituang dalam cetakan dan dikeringkan secara penuh pada suhu 60°C selama 2 jam, susunan prisma transparan terbentuk setelah terkelupas.

Skema 1. Proses pembuatan susunan prisma mikro

mReader, seperti pada gambar 2, memiliki ukuran 172 mm × 156 mm × 126 mm. Sumber cahaya perangkat ini berasal dari 3 panel lampu latar LED dalam rangkaian seri, yang berada di bawah plat mikro. Bagian utamanya adalah sebuah dudukan untuk 96 susunan prisma mikro sebagai tempat sampel yang disebut sumur-sumur, tutup untuk penutup atas dan bawah, dua bilah celah bercat hitam, susunan prisma mikro, satu panel lampu latar LED yang berada di bawah plat prisma mikro, sebuah baterai dan dudukan sakelar. Susunan prisma mikro tepat sejajar di atas susunan celah atas dan ditekan rapat oleh penutup atas. Ponsel itu sendiri diletakkan di atas sususan prisma dengan jarak sekitar 81 mm(2).

Gambar 2. a) model 3D dan b) prototipe perangkat mReader(2)

Prinsip kerjanya, perangkat mengambil gambar 96 sampel saliva dalam prisma mikro pada satu waktu melalui kamera aplikasi smartphone, kemudian warna sampel dianalisis dengan sistem pengolah data(1), dalam hal ini MATLAB untuk menentukan hasil tes positif atau negatif.

MATLAB menginterpretasi gambar yang telah diambil dengan menganalisa intensitas cahaya pada area melingkar di masing-masing pusat sumur. Intensitas cahaya rata-rata dihitung dan dikonversi menjadi nilai kerapatan optik(2), yang digunakan untuk menghitung nilai ISR. ISR merupakan standar laboratorium imunologi dalam menentukan apakah seseorang positif terinfeksi atau tidak. Nilai ISR < 0.9, ISR > 1.1, dan 0.91 < ISR < 1.09 secara berturut-turut menunjukkan hasil tes positif, negatif dan samar-samar.

Dalam pengambilan gambar, optimasi parameter optik seperti fokus, ISO, kecepatan rana (shutter speed) dan keseimbangan putih (white balance) dilakukan melalui dua langkah. Pertama, penggunaan regulator tegangan DC untuk menjaga tegangan masuk konstan agar menghasilkan cahaya penerangan yang stabil. Kedua, peneliti mengembangkan sebuah aplikasi mobile iPhone untuk mengontrol parameter pengambilan gambar, seperti tampak pada gambar 3 (a). Pada aplikasi ini terdapat 4 lingkaran pelurus berwarna merah yang berfungsi untuk menyelaraskan kamera dan sumur-sumur sehingga akan menunjukkan posisi yang sama setiap kali gambar diambil, bisa dilihat pada gambar 3 (b). Warna yang terekam oleh kamera adalah merah, hijau dan biru. Dalam studi ini, peneliti menentukan parameter tetap untuk analisis pada ISO 50 dan waktu pembukaan (exposure time) lensa 0.01 detik untuk semua tes(2).

Gambar 3. Tampilan Aplikasi a) pengaturan parameter pengambilan gambar. b) Fungsi penyelarasan aplikasi(3)

Para peneliti telah memvalidasi klinis perangkat tersebut pada 771 sampel pasien di Rumah Sakit Universitas Pennsylvania, mereka mendapati tingkat akurasi perangkat sebesar  97,59% – 99,9%. Kinerja diagnostik mReader dievaluasi dengan membandingkan hasil terhadap tes laboratorium klinis yang menunjukkan persentase penerimaan positif sebesar 100%, persentase penerimaan negatif > 83% kecuali untuk satu tes sebesar 42,86% dan persentase keseluruhan penerimaan berkisar 89.33% – 100%(2). Tingginya kinerja diagnostik mReader  memperlihatkan bahwa perangkat ini berpotensi menjadi perangkat diagnostik kesehatan mobile untuk pengujian klinis.

Dari hasil penelitian tersebut, peneliti berharap mReader dapat menguntungkan penduduk di daerah dengan pelayanan kesehatan dan tenaga medis terbatas, karena perangkat diagnostik ini memiliki kualitas analisis setara laboratorium klinis dan dapat diproduksi dengan biaya rendah sekitar $50 USD. Dengan demikian sistem ini dapat mempercepat akses kesehatan, menurunkan kesenjangan kesehatan dan juga akan berguna pada dunia pendidikan, baik sekolah maupun perguruan tinggi.

DAFTAR PUSTAKA

  1. 2018. Smartphone as a faster infection detector. Diakses dari : https://www.sciencedaily.com/releases/2018/04/180424093714.html/ pada tanggal 10 Mei 2018
  2. Wang, L., Naude, N., Demissie, M., Crivaro, A., Kamoun, M., Wang, P., Li, L. 2018. Analytical Validation of an ultra-lowcost mobile phone microplate reader for infectious disease testing. Clinica Chimica Acta 482 (2018) 21-26. DOI : https://doi.org/10.1016/j.cca.2018.03.013
  3. Wang, L., Sun, R., Vasile, T., Chang, Li, L. 2016. High-Throughput Optical Sensing Immunoassays On Smartphone. American Chemical Society: Analytical Chemistry. DOI: 10.1021/acs.analchem.6b0221
Nilai Artikel Ini
Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:
Warung Sains Teknologi

Warstek Media

Warung Sains Teknologi (Warstek) adalah media SAINS POPULER yang dibuat untuk seluruh masyarakat Indonesia baik kalangan akademisi, masyarakat sipil, atau industri. Sampai saat ini, sains dan teknologi berkesan ekslusif yang hanya ada di laboratorium dan tidak mampu secara langsung berdampak kepada masyarakat. Akibatnya masyarakat, pemerintah dan industri tidak menjadikan sains sebagai sarana mengatasi permasalahan atau membuat kebijakan. Untuk itu, warstek hadir untuk menjawab tantangan tersebut.

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar