Apa itu Nanoteknologi?
Nanoteknologi merupakan proses manipulasi bentuk dan ukuran struktur pada skala 1 - 100 nm. Pada dasarnya semua benda tersusun dari atom yang berukuran nano. Karakteristik semua materi bergantung pada susunan atom - atomnya. Jika sedikit saja susunan atau struktur atomnya diubah maka akan mempengaruhi perubahan karakter, sifat, dan fungsi materi. Selain itu, nanoteknologi bisa menghasilkan zat dengan fungsi, sifat, dan karakter sesuai keinginan. Nanoteknologi bermanfaat bagi banyak hal seperti medis, industri, elektronik, dan sebagainya.
Aplikasi Nanoteknologi di Bidang Industri Sensor dan Kesehatan
Pengembangan nanoteknologi saat ini menawarkan peluang besar untuk meningkatkan kinerja secara fisik di berbagai bidang aplikasi. Suatu material yang terbuat dari nanopartikel akan memiliki morfologi, ukuran, dan fungsionalisasi yang lebih baik dibandingkan material dalam bentuk bulk (bahan curah atau massal). Mengapa hal ini bisa terjadi? Bahan massal berukuran lebih dari 100 nm yang memiliki sifat fisik berkilau, mudah ditempa, dan dapat diatur serta sangat konduktif (kemampuan bahan untuk menghantarkan panas atau listrik). Sedangkan, nanopartikel berukuran 1 - 100 nm memiliki luas permukaan yang besar, efek kuantum, aktivitas antibakteri, konduktivitas termal dan listrik yang tinggi serta tidak dapat diamati dengan mata telanjang. Ketika ukuran logam massal diperkecil menjadi skala nano, maka akan terjadi perubahan sifat fisik dan kimia meskipun rasio permukaan terhadap volume meningkat. Nanomaterial ditinjau dari jenis bahan penyusunnya di antaranya bahan nano berbasis karbon, logam, keramik, polimer, dan turunan biomolekul. Bahan nano berbasis logam paling banyak digunakan saat ini adalah nanopartikel perak (NPP). Beberapa penelitian membuktikan bahwa bahan nano logam memiliki banyak keunggulan seperti respon berbagai warna, sensivitas tinggi, dan kelarutan dalam air yang tinggi. Aplikasi NPP di bidang industri sensor memiliki keunggulan yaitu meningkatkan sensivitas sensor, selektivitas, keamanan lingkungan, kemudahan, dan produksi yang murah. Metode preparasi dari sensor berbasis nano logam sangat sederhana dengan pucak serapan yang dapat diatur dan tidak membutuhkan pelarut organik.
Di bidang kesehatan, NPP memliki peluang besar untuk memanipulasi hal - hal pada tingkat atom untuk mengubah banyak bagian dari perawatan medis seperti diagnosis, pemantauan penyakit, peralatan operasi, pengobatan regeneratif, pengembangan vaksin, dan antibakteri. Karena keunggulan - keunggulan bahan nano logam ini menjadikan NPP sangat mudah untuk disiapkan, serbaguna, dan bahan yang murah dibandingkan nano logam lain seperti nanopartikel emas.
Nanopartikel Perak Sebagai Sensor Kolorimetri
Sensor NPP dapat dikembangkan melalui metode kolorimetri yang digunakan untuk menguji bahan kimia dan biomolekuler. Prinsip sensor NPP menggunakan metode kolorimetri berbasis nano logam terjadi karena adanya Surface Plasmon Resonance (SPR). Pada frekuensi tertentu dari radiasi elektromagnetik berinteraksi dengan nanopartikel logam dan konduksi elektron bebas dari nanopartikel logam berosilasi sehingga dikenal dengan SPR. Selain itu, NPP menunjukkan pita plasmonik yang dapat diubah berdasarkan ukuran dan jarak sehingga membuatnya menjanjikan sebagai sensor pembacaan yang dapat dibedakan dengan mata telanjang. Sensivitas yang tinggi dan multiwarna dapat dikontrol dengan agregasi dan morfologi partikel nano. Aplikasi penginderaan ini bergantung pada kopling kuantitatif antara nanopartikel logam yang menghasilkan perubahan dalam sifat fotonik melalui mekanisme agregasi yang menyebabkan perubahan warna.
Sensor NPP berbentuk cairan bekerja dengan prinsip kesamaan warna apabila jumlah molekul penyerap yang dilewati sinar pada kedua sisi larutan tepat sama. Terjadinya perubahan warna disebabkan karena adanya reduksi NPP dengan ion logam analit. Secara visual sensor kolorimeteri akan menunjukkan perubahan warna dibandingkan dengan sensor yang ditambahkan logam lain dan kontrol dalam konsentrasi tertentu. Ketika sensor NPP direaksikan dengan logam analit mengalami pengendapan, maka sensor NPP rusak walaupun terjadi perubahan warna. Sedangkan, jika sensor NPP diamati secara visual muncul perubahan warna yang berbeda dengan kontrol dan sensor NPP yang ditambahkan logam lain maka sensor tersebut dapat dikatakan selektif. Hasil pengamatan secara visual dapat dikonfirmasi dengan instrumen spektrofotometer UV-Vis, bilamana sensor NPP memiliki puncak yang berbeda dengan kontrol dan logam yang ditambahkan maka sensor tersebut terbukti selektif walaupun sensor tersebut mengendap ataupun tidak mengendap. Sensor kolorimetri dikatakan baik jika tidak terjadi pengendapan selama reaksi berlangsung.
Nanopartikel Perak Sebagai Antibakteri
Ion perak telah dimanfaatkan sebagai agen penghambat pertumbuhan bakteri sehingga dikembangkan dan dieksplorasi melalui pendekatan nanoteknologi. Suatu bahan material berdimensi dalam kisaran 1 - 100 nm memiliki kapasitas yang lebih besar dan permukaan yang lebih tinggi (rasio area ke volume) dibandingkan dengan perak dalam bentuk bahan massal. Peningkatan skala nano sangat berharga dalam bidang kesehatan, kombinasi NPP dengan bahan lain mampu meningkatkan mekanisme aksi dalam menyerang mikroorganisme. Ukuran ion perak berpengaruh terhadap aktivitas antibakteri. Mekansime NPP dalam menghambat bakteri dengan cara menembus dinding sel bakteri sehingga menyebabkan perubahan fisik dalam membran bakteri. Ketika NPP menembus kedalam sel bakteri akan berinteraksi dengan struktur seluler dan biomolekul seperti protein, lipid, dan DNA. Interaksi NPP dengan struktur seluler dan biomolekul akan menyebabkan gangguan pada sel bakteri dan berakhir dengan kematian bakteri.
Membran sel bakteri memiliki muatan negatif karena adanya gugus karboksil, fosfat, dan amino. Muatan positif dari NPP memberikan daya tarik elektrostatik (gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara partikel yang disebabkan oleh muatan listriknya) antara NPP dan membran sel yang bermuatan negatif dari mikroorganisme, sehingga NPP melekat kedalam sel membran. Efek antibakteri dapat ditingkatkan dengan mengubah muatan permukaan NPP dengan daya tarik elektrostatik yang kuat terhadap protein. Penyerapan ion perak ke dalam sel dan pernapasan bakteri dapat dinonaktifkan, sehingga menghasilkan radikal bebas yang memiliki oksigen dan turunannya yang sangat reaktif dikenal dengan spesi oksigen reaktif (ROS). Produksi adenosin triphosphate (ATP) dapat diganggu ROS seiring meningkatnya kosentrasi.