FKMTF Indonesia

Tahu Apa Kita tentang Nanoteknologi?

Sebuah artikel suntingan dari Jurnal HMFT ITB, yang berjudul “Mengenal Nanoteknologi” oleh Nur Rahmawati Ayukaryana.

 

Apa yang kamu bayangkan ketika pertama kali mendengar kata ‘nanoteknologi’? Jika kamu membayangkan tentang sesuatu yang sangat (sangat) kecil atau berukuran nano, maka kamu benar. Sekarang mari kita mencari tahu lebih lanjut mengenai ‘nanoteknologi’ ini.


Nanoteknologi umumnya dideskripsikan sebagai sains yang berhubungan dengan kontrol materi pada skala atom dan molekul. Kata nano berasal dari bahasa Yunani yang berarti kerdil. Nanoteknologi sendiri pertama kali dideskripsikan oleh Richard Feynman pada kuliahnya yang berjudul “There’s Plenty of Room at the Bottom”. Sedangkan, kata ‘nanoteknologi’ pertama kali digunakan oleh Norio Taniguchi yang pada tahun 1974 mengungkapkan bahwa material dapat dikontrol dan direkayasa melampaui skala mikrometer. Sejak saat itu, kata ‘nanoteknologi’ mulai ramai digunakan dan perkembangannya meliputi berbagai bidang seperti kimia, fisika, material, sipil, listrik, biomedis, mesin, agrikultur, dan bahkan hiburan.

Tentu saja aplikasi nanoteknologi mencakup berbagai bidang, yang tak akan mungkin bisa dijelaskan secara rinci di publikasi ini. Disini saya mengumpulkan informasi dari berbagai sumber mengenai beberapa contoh pemanfaatan nanoteknologi yang mungkin saja akan membuatmu lebih tertarik dengannya. Saya akan menyebutnya ‘nano’ agar terasa lebih dekat dan mempersingkat penulisan.

Di ranah energi, nano difokuskan pada pencarian katalis terbaik untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar fosil. Mengingat saat ini regulasi energi sedang ditekankan untuk mengurangi tingkat emisi gas rumah kaca, nano pun sangat berperan dalam perkembangan energi terbarukan. Melalui modifikasi interaksi cahaya dan material, nano memungkinkan kita untuk memroses solar photovoltaic (PV) yang murah serta menghasilkan baterai dengan ukuran yang lebih compact dan berkapasitas besar.

Energi surya dapat diubah menjadi energi panas dan listrik melalui solar PVdan solar thermal, tetapi peningkatan temperatur bisa menimbulkan energy gap. Dalam hal ini, nanofluid berperan sebagai pendingin modul PV untuk meningkatkan listrik yang dihasilkan, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 1. Menurut analisis energi yang dilakukan, efisiensi termal sistem bisa mencapai sebesar 81,7% dan efisiensi electrical sebesar 13,5% dengan total koefisien energi (COE) 0,9. Perkembangan teknologi PV juga tidak dapat dicapai tanpa adanya kontribusi nanomaterial dalam peningkatan efisiensinya seperti graphene, perovskite, dan lain-lain.

Gambar 1. Skema kerja nanofluid di sistem PV

 

Tidak hanya itu, nano juga membantu menciptakan material yang ringan melalui coating dan bersifat sensing untuk memonitor stabilitas konversi energi angin. Bentuk paling konvensional dari pengonversi energi angin adalah turbin angin elektromagnetik. Akan tetapi, saat ini sedang dikembangkan struktur baru tanpa penggunaan baling-baling (blade) melalui pemanfaatan thin-film membrane-based nanogenerator (TENG).

TENG adalah harvester energi mekanik yang memanfaatkan kombinasi mekanisme contact electrification dan induksi elektrostatik. Vertically-stacked TENG juga memungkinkan kita memiliki sistem pengonversi energi angin yang portable serta tidak terlalu bising. Lebih jauh lagi, TENG bergantung pada contact electrification di antara dua material serta pertukaran muatan antar elektrodanya yang disebabkan oleh induksi elektrostatik. Material yang digunakan untuk TENG umumnya adalah pasangan logam-polimer. Oleh karena itu, TENG termasuk sebagai suatu membran yang murah, ringan, sederhana untuk dibuat, dan memiliki beragam pilihan material. Pemanfaatan TENG pun cukup luas mulai dari vibrasi, pijakan kaki, gerakan badan, dan ombak laut. Ilutrasi TENG ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Ilustrasi Thin-film Membrane-based Nanogenerator (TENG)

 

Ranah kedua yang akan saya bahas yakni nano dalam jaringan tubuh dan obat regeneratif. Hampir setiap jaringan (tissue) dalam tubuh manusia memiliki nanostruktur yang mempengaruhi berbagai aktivitas sel. Nanomaterial berperan dalam regenerasi jaringan seperti tulang, otot, kartilago, kulit, neuron otak, dan kardiovaskular melalui pembuatan rangka jaringan yang berpola atau pengantaran biomolekul menembus pembatas jaringan. Obat-obatan, peptida, atau asam nukleat dapat diantar ke jaringan, organ, atau sel yang lebih spesifik dengan efisiensi target yang tinggi melalui sistem nanoscale delivery. Pemanfaatan nanobiomaterial yang lebih lengkap tercantum pada Gambar 3.

Gambar 3. Jenis-jenis nanobiomaterial dan aplikasinya

 

Seperti yang kita ketahui, air bersih merupakan hal yang sangat krusial dalam peradaban manusia. Walaupun sekitar 70% permukaan bumi diselimuti oleh air, tetapi hanya sekitar 3% dari keseluruhan massa air tersebut yang merupakan air bersih. Hal ini dikarenakan air tersimpan dalam bentuk es yang membeku atau terkumpul dalam reservoir yang jauh di bawah tanah. Air laut merupakan sumber terbesar yang dapat digunakan untuk kepentingan industri maupun air minum. Lagi-lagi nanomaterial berperan cukup besar dalam hal ini. Berbagai jenis aplikasi nanomaterial terangkum dalam Gambar 4.

Di samping itu, ada salah satu nanomaterial yang menarik bernama Aquaporin. Hampir semua membran sintetis memerlukan penggunaan tekanan untuk mendorong air masuk melalui membran. Sementara itu, Aquaporin dalam kondisi tertentu dapat membentuk kanal air yang melewatkan molekul air dan tidak melewatkan ion atau molekul polar lainnya. Oleh karena itu, Aquaporin menyediakan sistem yang low energy.

Gambar 4. Jenis-jenis pemanfaatan nanomaterial di air

 

Dalam ranah keilmuan fisika bangunan atau sipil, nanomaterial memiliki beberapa manfaat seperti peningkat kekuatan beton (kompresif dan fleksural), pengurang porositas total, pemercepat formulasi gel C-S-H, peningkat modulus Young, peremediasi polusi lingkungan, dan bahkan pelopor teknologi self-cleaning dan self-disinfection.

Sebenarnya masih banyak lagi aplikasi nano dalam ranah lainnya seperti quantum-computing dan smart material yang banyak digunakan dalam bangunan rumah masa depan (smart home).

Semoga perkenalan singkat mengenai nano ini cukup memberikan ‘kupu-kupu’ dalam bayangan kita.


EPILOG

“Bagaimana saya mengawali tulisan ini kira-kira?”

“Apakah saya serius ingin menuliskan ini? Saya tidak cukup fasih mengenai hal ini. Saya takut salah”

“Pekerjaan saya yang lain masih banyak dan tulisan ini bisa saja suatu opsi yang bisa dicoret dari tugas saya”

Kira-kira itulah yang tergambar di pikiran saya ketika akan menuliskan beberapa kata mengenai nanoteknologi disini. Coba kita ganti kata ‘tulisan’ tersebut dengan kata ‘nanoteknologi’ dan subjek menjadi ‘Indonesia’. Menarik bukan? Semoga saja apa yang dipikirkan oleh bangsa Indonesia tidak seperti apa yang saya pikirkan sebelumnya, karena saya secara individu tidaklah merepresentasikan Indonesia tetapi Indonesia-lah yang merepresentasikan siapa diri saya.

Lalu, bagaimana dengan perkembangan nanoteknologi di Indonesia?

Menurut Nurul Taufiqu Rahman (Ketua Masyarakat Nano Indonesia (MNI)), di Indonesia sendiri, nanoteknologi sebenarnya sudah berkembang sejak lama bahkan sebelum tahun 2004 tetapi tidak terlalu ‘booming’. MNI merupakan forum komunikasi antar para peneliti, pelaku industri baik yang berada di pemeritahan, lembaga riset, universitas, maupun dunia industri yang tertarik atau bergerak di bidang sains dan teknologi nano.

Ditambah lagi dengan berdirinya Pusat Penelitian Nanosains dan Nanoteknologi (PPNN) ITB atau Research Center for Nanosciences and Nanotechnology (RCNN) yang dipimpin oleh Prof. Ir. Hermawan Kresno Dipojono, MSEE, Ph.D. Beliau merupakan salah satu dosen di program studi Teknik Fisika ITB yang penelitiannya berfokus mengenai komputasi material. RCNN ITB memiliki empat laboratorium riset yaitu nanomaterialnanomedicinenanobiotechnology, dan nanodevice.

Selain itu di bidang medis, Indonesia juga sudah memulai berbagai riset mengenai sel punca (stem cell) yang cukup bergengsi di dunia. Universitas Airlangga dengan Stem Cell Research and Development Center menjaadi pusat studi sel punca untuk wilayah Indonesia bagian timur dan Universitas Indonesia dengan grup riset Sel Punca dan Rekayasa Jaringan sebagai pusat studi sel punca untuk wilayah Indonesia bagian barat.

Hal yang tersebut di atas memberikan cukup semangat bukan untuk bangsa Indonesia mulai menyentuh lebih dalam ke arah nanoteknologi? Apabila apa yang dipikirkan bangsa Indonesia masih seperti yang saya pikirkan, maka bangsa Indonesia mungkin saja akan melewatkan beberapa manfaat yang saya peroleh dari pembatalan saya akan pemikiran saya di awal bagian epilog tadi. Nyatanya, setelah menulis ‘cerita’ ini saya dapat mengembalikan semangat saya untuk lebih mendalami nanoteknologi di masa depan dan saya pun kembali membentuk visi hidup. Akankah Indonesia dapat membentuk visi-nya juga di masa depan bersama nanoteknologi?

Jawabannya tentu saja ada di diri kita masing-masing sebagai bagian dari rakyat Indonesia.


Referensi :

1. Ahmadi, M. H., Ghazvini, M., Alhuyi Nazari, M., Ahmadi, M. A., Pourfayaz, F., Lorenzini, G., & Ming, T. (2018). Renewable energy harvesting with the application of nanotechnology: A review. International Journal of Energy Research.

2. Yang, Y., Chawla, A., Zhang, J., Esa, A., Jang, H. L., & Khademhosseini, A. (2019). Applications of Nanotechnology for Regenerative Medicine; Healing Tissues at the Nanoscale. In Principles of Regenerative Medicine (pp. 485–504). Academic Press.

3. Teow, Y. H., & Mohammad, A. W. (2019). New generation nanomaterials for water desalination: a review. Desalination451, 2–17.

4. Silvestre, J., Silvestre, N., & De Brito, J. (2016). Review on concrete nanotechnology. European Journal of Environmental and Civil Engineering20(4), 455–485.

5. https://www.americanscientist.org/article/the-two-faces-of-nanotechnology

6. https://www.antaranews.com/berita/627343/menjadi-pusat-studi-sel-punca-bergengsi-dunia


Artikel Asli:

https://medium.com/jurnal-hmft/mengenal-nanoteknologi-f714e3f7b997

Add comment