Investigasi DFT Film Tipis SnO2 Doping Indium dan Antimoni untuk Deteksi Aseton sebagai Penanda Diabetes Mellitus

Abstract

Diabetes umumnya didiagnosis melalui metode invasive yang berisiko menimbulkan rasa sakit serta infeksi. Sebagai alternatif, dikembangkan metode non-invasive dengan mendeteksi gas aseton (volatile organic compound/VOC) dalam napas sebagai biomarker penanda kadar glukosa darah yang dapat dideteksi dengan sensor gas berbasis material SnO2. Dalam penelitian ini, SnO2 didoping dengan unsur indium dan antimoni untuk melihat pengaruhnya sebagai material sensor gas deteksi aseton. Metode DFT dan TDDFT digunakan untuk melihat perubahan sifat elektronik dan optik sistem setalah doping dan adsorpsi molekul aseton. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa doping indium pada SnO2 meningkatkan energi adsorpsi, transfer muatan, dan menggeser puncak orbital ke energi lebih rendah, yang menunjukkan interaksi secara kimia yang stabil. Sebaliknya doping antimoni menurunkan nilai energi adsorpsi, transfer muatan, dan hanya menghasilkan interaksi yang bersifat fisis. Ketiga sistem mengalami perubahan pada nilai real fungsi dielektrik setelah adsorpsi aseton, sementara perubahan nilai imajiner hanya terlihat pada energi di atas 5 eV (UV-B).

Diabetes is generally diagnosed through invasive methods that risk causing pain and infection. As an alternative, a non-invasive method was developed by detecting acetone gas (volatile organic compound/VOC) in the breath as a biomarker of blood glucose levels that can be detected with a gas sensor based on SnO2 material. In this study, SnO2 was doped with indium and antimony elements to see its effect as a gas sensor material for acetone detection. DFT and TDDFT methods are used to see changes in the electronic and optical properties of the system after doping and adsorption of acetone molecules. The results show that indium doping of SnO2 increases the adsorption energy, charge transfer, and shifts the orbital peaks to lower energies, indicating chemically stable interactions. In contrast, antimony doping decreases the value of adsorption energy, charge transfer, and only produces interactions that are physical. All three systems experience changes in the real value of the dielectric function after acetone adsorption, while changes in the imaginary value are only seen at energies above 5 eV (UV-B).