Sekilas Mengenai Fotonika Biomedik


Citra sensor neural pada retina dengan menggunakan Optical Coherence Tomography (OCT)

Fotonika biomedik kadang kala juga diistilahkan dengan Optika Biomedik (waulupun fotonika dan optika secara prinsip tidak sama) adalah bidang keilmuan yang baru lahir pada abad-abad terakhir. Fotonika biomedik merupakan salah satu bidang keilmuwan yang paling diminati dewasa ini. Ini dikarenakan perkembangannya yang pesat mulai dari diagnosa hingga penyembuhan suatu penyakit. Mungkin tidak banyak yang tahu apa sebenarnya fotonika biomedik itu. Fotonika biomedik adalah sebuah penggabungan dari teknologi dan ilmu sains. Dikatakan demikian karena di dalamnya terdapat ilmu fisika, biologi, dan bahkan kimia. Terdapat penggalan kata “medik” yang artinya ilmu ini berkaitan erat dengan dunia kedokteran. Dapat disimpulkan bahwa fotonika biomedik adalah perpaduan antara ilmu fisika, biologi, dan kimia untuk mendukung diagnosa dan penyembuhan pada kedokteran. Terdapat juga kata “fotonika” yang merupakan pamanfaatan cahaya untuk keperluan baik diagnosa maupun penyembuhan. Cahaya yang digunakan mulai dari cahaya tampak, infra merah, hingga sinar UV.

Inti dari fotonika biomedik adalah bagaimana menganalisa interaksi antara cahaya dengan materi. Dalam hal ini adalah jaringan tubuh. Pengetahuan mengenai optika banyak digunakan dalam analisa ini. Seperti diketahui ketika cahaya melewati jaringan tubuh akan mengalami beberapa fenomena antara lain pemantulan, pembiasan, transmisi, hamburan, absorbsi, bahkan fluoresensi. Tentunya sinar yang dipancarkan akan berbeda dengan sinar yang dideteksi. Tantangan di dalam fotonika biomedik adalah bagaimana menganalisa perbedaan sinar yang dipancarkan dengan sinar yang dideteksi tersebut.

            Fotonika biomedik terbagi ke dalam dua aplikasi besar, yaitu untuk kebutuhan diagnosa dan terapi. Diagnosa berkaitan erat dengan pemanfaatan cahaya (foton) untuk mendeteksi keberadaan suatu penyakit di dalam tubuh. Kebanyakan digunakan untuk mendiagnosa adanya kanker maupun tumor. Beberapa teknologi diagnosa antara lain:

  • Rongten
  • CT (Computed Tomography) Scan
  • OCT (Optical Coherence Tomography)
  • Biosensor

Fotonika dalam kaitannya dengan terapi atau penyembuhan adalah penggunaan cahaya yang digunakan untuk penyembuhan. Beberapa diantaranya adalah:

  • Photodynamics therapy (PDT)
  • Laser tissue welding
  • Laser sebagai alat bedah minimal invasif, dan masih banyak lainnya.

PDT adalah terapi penyembuhan kanker menggunakan cahaya. PDT memanfaatkan aspek kuantum dari interaksi antara cahaya dengan jaringan tubuh. Prinsip dasar PDT ini adalah pemberian obat yang peka terhadap cahaya yang dinamakan photosensitizer. Photosensitizer ini akan terdistribusi menuju daerah tubuh yang sebelumnya telah didiagnosa terdapat sel kanker. Daerah tubuh tersebut kemudian disinari cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Kemudian terjadi proses kuantum antara cahaya dengan obat tersebut yang mengakibatkan kerusakan sel kanker. Proses ini tidak berbahaya karena efeknya hanya terjadi pada sel kanker saja. Sedangkan Laser tissue welding adalah perbaikan jaringan tubuh menggunakan laser. Prinsipnya mirip dengan peristiwa pengelasan. Laser digunakan untuk menyembuhkan luka.

Sejarah kelahiran fotonika biomedik tidak bisa lepas dari perkembangan ilmu fisika. Dimulai dari penemuan mikroskop oleh investigator Belanda pada abad ke 17. Dari penemuan ini mengakibatkan perkembangan yang pesat dalam ilmu biologi. Khususnya dalam perkembangan teori mengenai sel ilmuwan German M.J. Schleiden dan Theodor Schwann pada tahun 1830 menggunakan mikroskop untuk meneliti jaringan dan metabolisme hewan dan tanaman. Mereka menyimpulkan bahwa sel sebagai unit dasar dari makhluk hidup. Kemudian pada tahun 1895, fisikawan jerman Wilhelm Roentgen menemukan sinar-X. Sinar ini dapat digunakan untuk melihat secara utuh bagian dalam tubuh tanpa pembedahan. Ini adalah beberapa dari penemuan-penemuan revolusioner yang merupakan embrio dari kelahiran fotonika biomedik.

Penemuan mikroskop merupakan embrio kelahiran fotonika biomedik

Fotonika biomedik adalah ilmu yang terdiri dari beberapa dispilin ilmu dan teknologi. Sehingga perkembangan yang begitu pesat dari fotonika biomedik tidak bisa lepas dari tiga revolusi dari ilmu fisika, teknologi dan biologi:

  • Revolusi teori kuantum (1900-1950 masehi)
  • Revolusi teknologi (1940-1950 masehi)
  • Revolusi genom (1950-2000 masehi)

Revolusi Teori Kuantum

Revolusi teori kuantum diawali oleh Albert Einstein dengan penemuan fenomenal yang dikenal dengan efek fotolistrik pada abad ke-20. Fotonika biomedik telah sangat diuntungkan dengan revolusi teori kuantum. Dengan hadirnya teori ini, ruang lingkup ilmiah seperti spektroskopi molekuler dan teknologi fotonika (seperti laser, biopsi optis, penjepit optik atau optical tweezer, dan penyelidikan ruang lingkup lain di sekitarnya) telah memberikan piranti yang sangat kuat untuk mendiagnosa penyakit secara non invasif, menginterogasi sel pada level molekuler, dan memerangi penyakit pada tingkatan gen. Teori kuantum dari fenomena atom memberikan kerangka fundamental untuk biologi dan genetika molekuler karena keunikannnya dalam memahami elektron, atom, molekul, dan juga cahaya itu sendiri. Kerangka ilmiah baru ini dilahirkan dari penemuan struktur DNA, molekular alami pembentuk sel dan sebab genetis dari penyakit, semua ini membentuk basis dari molekular medis.

Revolusi Teknologi

Penemuan mikroskop di atas telah menjelaskan bagaimana revolusi teknologi berpengaruh besar pada kelahiran fotonika biomedik. Penemuan laser, mikrochip dan teknologi nano berpengaruh dalam perkembangannya. Adanya OCT tidak bisa lepas dari perkembangan teknologi komputer yang merupakan sekumpulan mikrochip dengan instruksi tertentu.

Revolusi Genom

Publikasi James Watson dan Francis Crick mengenai struktur spiral DNA pada 1953 dapat dianggap sebagai prestasi pertama yang mengawali revolusi genom pada abad ke-21. Hampir 50 tahun setelah penemuan penting ini, kelengkapan dari peruntunan genom manusia menendai penemuan penting kedua dalam arean genetika molekuler.

Tidak bisa kita pungkiri bahwa pada era sekarang ini tidak ada batasan yang jelas antara teknologi dengan ilmu sains. Keduanya saling berhimpitan satu sama lain. Kemajuan ilmu dan teknologi merupakan perpaduan diantara kedua bidang kajian yang oleh beberapa orang beranggapan bahwa ilmu dan teknologi adalah sesuatu yang berbeda. Namun, fotonika telah membuktikan perpaduan antara ilmu dan teknologi bisa dilakukan. Hasilnya sangat bermanfaat untuk memperbaiki kualitas kehidupan manusia. Bagaimana anda tertarik belajar fotonika biomedik?

About Dedy Kurniawan Setyoko

saya adalah lulusan fisika universitas airlangga, karena saya adalah seorang fisikawan, tentunya saya sangat menyukai dunia fisika. Dalam blog ini saya akan mengutarakan semua ide-ide saya. View all posts by Dedy Kurniawan Setyoko

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: