Osilasi Pada Bidang Bioteknologi

 

Di susun oleh:

Nurazwani Hasnieza / 210343606443

 

MENGHITUNG PENJUMLAHAN OSILASI

A.  Uraian Materi

Osislasi sering juga disebut dengan getaran karena sebuah benda terganggu dari posisi kesetimbangannya. 

Menghitung penjumlahan osilasi ada 2 yaitu: penambahan osilasi satu arah dan penambahan osilasi yang saling tegak lurus. *untuk penambahan tersebut saya belum menemukan bagaimana caranya

Ditinjau dari sebuah benda yang terikat pada salah satu ujung pegas horizontal dan ujung lainnya menempel pada dinding. Posisi benda saat pegas dalam keadaan teregang maupun tertekan ditandai sebagai posisi setimbang dan x = 0. Jika kemudian benda disimpangkan sedikit sejauh x dari posisi setimbangnya, maka pegas akan memberikan gaya tarik atau dorong F = −kx, dengan k konstanta pegas. Menurut hukum kedua Newton,

F = ma ⇒ mx¨ + kx = 0  

Baik fungsi sinus maupun cosinus memenuhi persamaan difernsial di atas. Sehingga  didapatkan solusi berupa penjumlahan kedua fungsi tersebut.

x(t) = A cos (ωt + φ) + B sin (ωt + φ)

Dengan A dan B merupakan konstanta yang berkaitan dengan amplitudo osilasi, ω =  yang dikenali sebagai frekuensi sudut, dan konstanta φ adalah sudut fasa yang bergantung pada posisi awal benda. Penjumlahan fungsi sinus dan cosinus dapat dinyatakan dalam bentuk fungsi sinus saja atau cosinus saja. Misalnya, jika kita ingin mengubah solusi di atas menjadi bentuk cosinus, kita nyatakan A dan B sebagai

A = C cos β dan B = C sin β, (3.4)

Sehingga solusi di atas berubah menjadi

x(t) = C cos β cos (ωt + φ) + C sin β sin (ωt + φ) = C cos (ωt + φ − β).

 

B.  Fenomena Dalam Bioteknologi

Konsentrasi insulin dalam darah akan meningkat setelah makan dan akan kembali secara bertahap ke tingkat basal selama 1-2 jam setelahnya. Namun, tingkat insulin basal tidak stabil. Ini berosilasi dengan periode reguler 3-6 menit. Setelah makan amplitudo osilasi ini meningkat tetapi periodisitasnya tetap konstan. Osilasi diyakini penting untuk membantu insulin mencegah downregulation reseptor insulin di sel target. Downregulation semacam itu mendasari resistensi insulin, yang umum terjadi pada diabetes tipe 2. Oleh karena itu akan menguntungkan untuk memberikan insulin kepada pasien diabetes dengan cara meniru osilasi alami.

Osilasi insulin dihasilkan oleh pelepasan hormon dari pankreas. Insulin berasal dari sel beta yang terletak di sel pulau Langerhans. Karena setiap sel pulau Langerhans mengandung 2000 sel beta dan ada satu juta sel pulau Langerhans, jelaslah bahwa sekresi memerlukan sinkronisasi yang canggih baik di dalam maupun di antara sel pulau Langerhans.

Osilasi insulin terutama terlihat pada vena portal yang mengantarkan darah dari pankreas ke hati, yang merupakan target insulin utama. Gangguan osilasi insulin biasanya terjadi pada awal diabetes dan dapat menyebabkan terganggunya respon sel tubuh terhadap insulin. Pengiriman insulin ke vena portal atau transplantasi sel pulau ke hati pasien diabetes adalah alternatif terapi yang menarik. *Downregulation adalah suatu fenomena dimana jumlah reseptor insulin menjadi berkurang.

C.  Teknologi Dalam Bidang Bioteknologi

Bioreaktor disebut juga dengan fermentor.

Bioreaktor merupakan sebuah peralatan yang dapat membantu terjadinya reaksi biokimia dari bahan mentah menjadi bahan jadi. Reaksi biokimia yang terjadi di dalam bioreaktor melibatkan organisme atau komponen biokimia aktif.

Awalnya bioreaktor hanya digunakan untuk memproduksi ragi, ekstrak khamir, cuka, dan alkohol. Sebenarnya, alat ini telah digunakan secara luas untuk menghasilkan berbagai macam produk dari makhluk hidup seperti enzim, antibiotik, asam amino, protein sel tunggal,  dan senyawa metabolit sekunder lainnya. Pengolahan limbah industri ataupun rumah tangga pun sudah dapat didaur menggunakan bioreaktor untuk memperoleh hasil limbah yang lebih ramah lingkungan.

Saat kondisi optimal, mikroorganisme atau enzim dapat melakukan aktivitasnya dengan sangat baik. Kondisi mikroorganisme yang mempengaruhi kinerja biologis yaitu suhu dan pH. Pada bioreaktor yang prosesnya berada dalam keadaan tersuspensi, sistem pengadukan bioreaktor perlu diperhatikan agar cairan di dalam bioreaktor tercampur merata. Seluruh parameter ini harus dipantau dan dijaga agar kinerja agensia biologis tetap optimal.

Keterangan gambar kinerja Bioreaktor:                                                                                          

 A: reaktor tercampur dengan baik dengan kontrol umpan eksponensial;                                           

B: reaktor yang tercampur dengan baik dengan basis kontrol daya ON/OFF pada tingkat DO, yang mengarah pada munculnya kondisi ekstraseluler yang berosilasi;                                      

C: reaktor yang dipartisi dengan kontrol daya ON/OFF berdasarkan tingkat DO, glukosa dimasukkan pada bagian tengah tabung. Konfigurasi terakhir menghasilkan kondisi ekstraseluler yang berosilasi untuk sel mikroba yang terletak di bagian reaktor yang diaduk dan sel yang sama dapat berosilasi secara stokastik terkena gradien konsentrasi yang kuat di bagian tubular.

D.  Contoh soal

Teman kamu duduk di ayunan yang cukup panjang. Kamu simpangkan posisi temanmu sehingga naik setinggi 20 cm diukur dari posisi terendah. Ketika dilepas, temanmu berayun 3 kali dalam satu detik. Massa tubuh temanmu adalah 55 kg.

a) Berapa energi osilasi total temanmu?

b) Berapa laju maksimum temanmu?

c) Berapa ketinggian temanmu saat lajunya sama dengan setengah laju maksimum?

Jawaban :

a) Energi mekanik temanmu EM = (1/2) mv2 + mgy. Energi mekanik sama dengan energi potensial maksimum. Ketinggian maksimum temanmu, ym = 20 cm = 0,2 m. Dengan demikian, EM = mgym = 55 ´ 10 ´ 0,2 = 110 J. Jadi, energi osilasi total temanmu adalah EM = 110 J.

b) Energi kinetik maksimum sama dengan energi total. Jadi, (1/2) mvm 2 = 110 J, atau (1/2) ´ 55 ´vm 2 = 110, atau vm 2 = 4, atau vm = 2 m/s.

c) Kembali ke persamaan umum 110 = (1/2) mv2 + mgy. Saat laju menjadi setengah laju maksimum maka v = vm/2 = 2/2 = 1 m/s. Ketinggian benda memenuhi 110 = (1/2) ´ 55 ´ 1 2 + 55 ´ 10 ´y atau 2 = 1/2 + 10y. Dengan demikian y = 3/20 = 0,15 m.

E. Permasalahan kontekstual pada bidang bioteknologi, solusi penyelesaiannya, dan desain miniatur teknologi

Pada permasalahan ini saya membahas tentang bioreactor tubular. Bioreaktor tubular memiliki potensi yang baik untuk digunakan dalam bioteknogi. Tetapi bioreaktor ini juga memiliki beberapa kelemahan jika dibandingkan dengan bioreaktor berpenganduk. Kekurangannya adalah bioreaktor tubular biasanya mengalirkan kadar oksigen yang sangat rendah, hal ini membuatnya tidak cocok untuk kondisi saat operasi bioproses yang memerlukan suplay oksigen tinggi (contoh: produksi asam asetat dan biomassa). Dalam bioreaktor tubular biasanya terbentuk biofilm mikrobial dalam permukaan bioreaktorhal ini dapat menghambat laju transfer massa yang terjadi didalamnya, jika terjadi terlalulama dan biofilmnya semakin tebal maka dapat menggangu kelangsungan hidup sel.

Akan tetapi permasalahan ini dapat diatasi dengan mengontrol ketebalan biofilm dengan menggunakan alat pengikis atau abrasi dari friksi. Dari sisi lain, biofilm yang tebal dapat menjadikan keuntungan. Hal ini dikarenakan konsentrasi substrat yang paling baik pada kecepatan biokonversi dalam kondisi optimal. Keuntungan lainnya yang dihasilkan dari biofilm ini adalah kultur mikroba gabungan. Dimana spesies berbeda justru dapat tumbuh dengan baik di dalam biofilm. Contohnya adalah proses pengolahan limbah air dimana nitrifikasi tumbuh baik dekat permukaan dan denitrifikasi tumbuh dengan baik didalam biofilm. Hal ini sangatmenguntungkan dalam proses denitirifikasi dan nitrifikasi berkelanjutan. Kekurangan lainnya pertumbuhan biofilm ini tidak menguntungkan untuk reaksi yang membutuhkan banyakcahaya karena lapisan biofilm ini dapat menghalangi.

F. Contoh Artikel

https://booksc.org/book/28817570/bf01bb

https://microbialcellfactories.biomedcentral.com/articles/10.1186/1475-2859-8-15

https://www.nature.com/articles/pr200998.pdf?origin=ppub

G. Bukti Cek Plagiasi