Aplikasi Nanoteknologi dalam Kehidupan Sehari-hari

Oleh: Feby Erna; Hasri Tri Maya Saragih; Hidayani; Tariza Humaira Tembusai
Penulis adalah Mahasiswa Jurusan Kimia di Universitas Negeri Medan

Nanoteknologi merupakan ilmu yang mempelajari partikel dalam rentang ukuran 0.1 sampai 100 nm (satu nanometer sama dengan seperseribu mikrometer atau sepersejuta milimeter). Dewasa ini, banyak berbagai industri yang telah memanfaatkan nanoteknologi. Pada artikel ini akan dipaparkan terkait penerapan teknologi pada berbagai industri, yaitu industri medis dan pengobatan, industri pengolahan pangan, industri tekstil dan pakaian serta industri elektronik.

1. Industri Medis dan Pengobatan

Dalam bidang kesehatan, melalui nanoteknologi dapat diciptakan “mesin nano” yang disuntikkan ke dalam tubuh guna memperbaiki jaringan atau organ tubuh yang rusak. Penderita hipertensi, misalnya, kini tak perlu lagi disuntik atau mengonsumsi obat, cukup hanya disemprot saja ke bagian tubuh tertentu. Nanoteknologi dapat merekayasa obat hingga dapat mencapai sasaran dengan dosis yang tepat, termasuk peluang untuk mengatasi penyakit-penyakit berat seperti tumor, kanker, HIV, dan lain lain.

Molekul dalam skala nano yang bersifat multifungsi dapat digunakan untuk mendeteksi serta membunuh sel kanker. Metode yang digunakan pada aplikasi ini yaitu dengan menghantarkan partikel nano yang membawa peluru (obat untuk membunuh sel kanker) menuju sel target (sel kanker) yang kemudian diserang dan dimatikan. Dengan cara seperti ini partikel nano akan tepat sasaran dikarenakan dalam skala kecil mampu menembus sel target dengan tepat dan efektif.

2. Industri Pengolahan Pangan

Penerapan nanoteknologi dalam pengolahan pangan bisa dibilang relatif baru, namun diperkirakan penerapannya akan tumbuh dan berkembang dengan pesat pada beberapa tahun kedepan. Penerapan nanoteknologi dalam pengolahan pangan dilakukan dengan tujuan untuk memperbaiki rasa, tekstur, warna, flavor, serta konsistensi bahan pangan; meningkatkan daya serap dari zat gizi serta suplemen yang sehat; memperbaiki berbagai sifat, hambatan, serta antimikroba bahan pengemas; mengembangkan sensor nano untuk mendeteksi kontaminan serta bakteri patogen; memperbaiki kemamputelusuran dan pemantauan kondisi bahan pangan ketika penyimpanan dan transportasi.

Penerapan nanoteknologi dalam pengolahan pangan dapat dikelompokkan menjadi beberapa kategori sebagai berikut.

1. Kelompok bahan pangan yang sudah diproses dan diformulasi menjadi struktur nano.
2. Kelompok material berukuran nano yang dienkapsulasi/bahan aditif partikel nano hasil rekayasa yang dimanfaatkan dalam bahan pangan.
3. Kelompok material nano yang dikolaborasikan dengan tujuan menciptakan bahan pengemas lebih baik.
4. Kelompok peralatan berbasis material dan nanoteknologi, contohnya alat pengolah air nano.

Penambahan kapsul nano dalam bahan pangan yang dapat pecah dan larut dengan bantuan microwave pada berbagai frekuensi berbeda adalah penerapan nanoteknologi yang cukup menarik. Sifat ini dapat menyebabkan sifat interaktif pada pangan dan minuman sesuai dengan flavor serta warna yang dikehendaki.

Contoh penerapan lainnya adalah pengembangan katalis untuk pemurnian minyak goreng yang terbuat dari keramik nano guna mengurangi bau tengik yang tidak diinginkan.

Pengembangan pangan fungsional juga termasuk penerapan nanoteknologi. Pemanfaatan nanoteknologi dilakukan dalam perancangan bahan pangan fungsional dengan tujuan untuk memperbaiki kemampuan fungsional bahan pangan tersebut, yaitu dengan meminimalisir konsentrasi yang diperlukan. Pengembangan produk pangan nano dalam bentuk suplemen dengan cara memperbaiki sifat fungsional bahan pangan dapat dilakukan melalui pengembangan media pembawa menjadi berukuran nano. Bahan berukuran nano ini bisa memperbaiki tingkat penyerapannya sehingga berpeluang membawa vitamin, fitokimia, zat gizi, serta mineral untuk diedarkan ke seluruh tubuh.

3. Industri Tekstil dan Pakaian

Era revolusi industri 4.0 saat ini mencakup beragam teknologi canggih, seperti kecerdasan buatan (AI), Internet of Things (IoT), wearables, robotika canggih, 3D printing, neuro-bioteknologi, dan nanoteknologi. Indonesia menetapkan fokus pada lima sektor utama untuk penerapan awal dari teknologi ini, yaitu (a) makanan dan minuman, (b) tekstil dan pakaian, (c) otomotif, (d) kimia, dan (e) elektronika.  Di bidang tekstil dan pakaian, ditargetkan pada tahun 2030 Indonesia menjadi produsen functional clothing yang terkemuka. Strategi yang dilakukan adalah:

1. Meningkatkan kemampuan di sektor hulu, fokus pada produksi serat kimiawi dan bahan pakaian dengan biaya yang lebih rendah serta berkualitas tinggi untuk meningkatkan daya saing di pasar global.
2. Meningkatkan produktifitas manufaktur dan buruh melalui penerapan teknologi, optimalisasi lokasi pabrik, serta peningkatan ketrampilan. Lebih lanjut, seiring dengan pertumbuhan ekonomi dan pergeseran permintaan dari pakaian dasar (basic clothing) menjadi pakaian fungsional.
3. Membangun kemampuan produksi functional clothing.
4. Meningkatkan skala ekonomi untuk memenuhi permintaan functional clothing yang terus berkembang, baik di pasar domestik maupun ekspor.

Batik telah menjadi bagian dalam kehidupan bangsa Indonesia. Saat ini batik digunakan dalam kehidupan sehari-hari baik sebagai pakaian maupun peralatan rumah tangga. Masyarakat menggunakan batik dari kelahiran bayi sebagai gendongan, bedong, pakaian, sampai pada upacara kematian. Oleh karena itu, sangat penting dikembangkan batik fungsional. Batik fungsional merupakan batik yang memiliki fungsi lebih dari sekedar sebagai bahan pakaian, namun bahan tersebut dapat bersifat antibakteri, anti UV, hidrofobik (anti air), tidak mudah kusut, dan tidak mudah kotor (self cleaning).

Material nano dalam berbagai bentuk seperti nano partikel logam, oksida logam, dan nano komposit telah banyak digunakan dalam fungsionalisasi tekstil untuk memberikan sifat anti UV, antibakteri, konduktif, anti kotor, dan anti air. Nanopartikel tersebut dapat diaplikasikan pada permukaan tekstil dengan beberapa cara, antara lain in situ sintesis di permukaan tekstil, penyemprotan (spraying), dan wet processes (perendaman).

Nanopartikel yang biasa digunakan adalah nanopartikel perak, titanium dioksida (TiO₂), dan seng oksida (ZnO). Nanopartikel perak memiliki aktivitas antibakteri yang kuat dan menghasilkan warna yang berbeda-beda tergantung pada ukuran dan bentuknya. Titanium dioksida (TiO₂) digunakan untuk fungsionalisasi tekstil jenis katun, wool maupun serat sintetik yang dapat memberikan sifat antibakteri, anti UV, dan self cleaning (anti kotor). TiO₂ pada kain katun dengan cross linking kitosan dapat memberikan sifat anti UV. Kain sutera yang anti UV berhasil dibuat oleh Zhang dengan impregnasi Hyperbranched polymer–TiO₂. Seng oksida banyak dipakai sebagai agen finishing pada tekstil, coating, kosmetik, dan serat selulosa untuk menghambat pertumbuhan bakteri.

Aplikasi seng oksida pada kain selain dapat memberikan sifat antibakteri juga dapat meningkatkan kualitas pewarnaannya. Kain katun yang sebelumnya telah dilakukan proses karboksimetilasi kemudian diaplikasikan menggunakan seng oksida dan titanium isopropoksida memiliki sifat antimikroba dan ketahanan luntur warna yang baik. Aplikasi ZnO pada kain juga dapat memberikan sifat anti UV. Pelapisan ZnO bersama binder poliakrilat 5% dengan pengulangan proses padding-drying hingga 2 kali memberikan sifat anti UV yang baik pada kain katun kanvas.

Suatu permukaan dikatakan anti air atau hidrofobik apabila cairan yang diteteskan di atas permukaan membentuk butiran air dengan sudut kontak cukup besar. Seperti pada gambar dibawah ini, permukaan yang memiliki sudut kontak lebih dari 90⁰ dapat dikatakan sebagai permukaan yang hidrofobik. Seng oksida (ZnO) dan asam stearat yang diaplikasikan pada kain katun dengan teknik penyemprotan-perendaman dapat memberikan sifat hidrofobik/anti air dengan sudut kontak air lebih dari 90⁰

Industri Elektronik

Para peneliti di University of Texas di Dallas telah menciptakan sebuah kendaraan bawah laut yang terinspirasi dari ubur-ubur yang dapat berjalan menggunakan energi terbarukan dan dapat digunakan dalam kegiatan penyelamatan laut dan pengawasan misi militer. Robot ubur-ubur tersebut dijuluki Robojelly yang dapat memanfaatkan gas hidrogen dan oksigen dalam air sebagai bahan bakar sehingga robot bawah air tersebut tidak perlu baterai atau listrik. Selama perjalanan di laut, robot ini hanya membuang limbah berupa air.

Para insinyur dan ilmuwan telah semakin beralih ke alam untuk mendapatkan inspirasi saat membuat teknologi baru. Gerakan sederhana namun kuat dari ubur-ubur membuat hewan ini menarik untuk disimulasikan sebagai robot. Robojelly terdiri dari dua struktur seperti lonceng yang terbuat dari silikon yang melipat seperti payung. Payung tersebut saling terhubungkan sehingga berfungsi seperti otot yang berkontraksi untuk bergerak. Otot-otot ini terbuat dari paduan nikel dan titanium yang dibungkus karbon nanotube dan dilapisi dengan platinum. Ketika campuran hidrogen dan oksigen bertemu dengan platinum, maka akan dihasilkan panas dan uap air. Panas ini kemudian menyebabkan kontraksi yang menggerakkan perangkat otot dan memompa air keluar dalam satu siklus. Oleh karena itu, robot ini dapat tinggal di bawah air yang sangat lama dan mengisi bahan bakarnya sendiri ketika sedang melakukan pengawasan.