Teknologi Nano: Trendsetter Baru Dunia Ilmu Pengetahuan

Oleh Harry H. Nazarudin, Mahasiswa Pascasarjana Ilmu Material Universitas Indonesia

Harian Kompas pernah memuat tulisan tentang pemanfaatan teknologi nano untuk membuat nanokomposit yang kekerasannya melebihi intan. Teknologi nano memang kini menjadi buah bibir di kalangan ilmuwan, karena menjanjikan masa depan yang sangat cerah. Negara-negara maju kini berlomba-lomba untuk meraih keunggulan di bidang yang sangat menarik ini. Jepang misalnya, berani menginvestasikan dana sebesar satu milyar dollar AS untuk pengembangan teknologi nanonya pada tahun 2002, disusul oleh AS dengan 550 juta dollar dan Uni Eropa dengan 450 juta dollar. Ini membuktikan komitmen negara-negara tersebut untuk pengembangan teknologi nano, sekaligus keyakinan mereka bahwa teknologi nano adalah jawaban untuk masa depan. Berikut ini akan dibahas beberapa contoh aplikasi teknologi nano yang tengah diteliti.

Teknologi nano untuk penahan cahaya pada jendela

Penahan cahaya atau kaca film berfungsi untuk menahan panas sehingga ruangan di dalam rumah atau mobil tetap sejuk. Sistem yang ada sekarang menggunakan lapisan polimer yang diaplikasikan pada permukaan kaca. Namun seringkali ruangan masih terasa panas, karena kaca film jenis ini tidak mampu menahan sinar infra merah dekat (Near Infra Red, NIR). NIR ini adalah sumber utama dari panas yang terasa di dalam ruangan, sekalipun menggunakan kaca film.

Stefan Schelm dan Geoff Smith dari University of Technology di Sydney, Australia, baru-baru ini menemukan bahwa dengan menambahkan sedikit nanopartikel Lanthanum Hexaborida (LaB6) pada polimer kaca film, efisiensi penyerapan NIR bisa ditingkatkan secara dramatis. Hal ini disebabkan oleh efek eksitasi plasma permukaan (surface plasmon excitation, SPE), yakni tereksitasinya elektron bebas di pita konduksi pada logam secara bersama-sama sehingga terjadi penyerapan energi. Ukuran partikel LaB6 sendiri harus cukup kecil untuk mencegah terjadinya penghamburan (scattering) cahaya. Lanthanum Hexaborida yang berukuran 20-200 nm ternyata bisa menyerap 95% NIR pada panjang gelombang 900-1200 nm, sedangkan kaca film biasa hanya menyerap sekitar 30-40%.

Teknologi nano untuk terapi fotodinamik

Terapi fotodinamik adalah terapi menggunakan molekul peka cahaya (photosensitizers, PSs) yang cenderung berkumpul pada sel tumor. Jika diiradiasi dengan sinar yang memiliki panjang gelombang tertentu, PSs akan tereksitasi dan mentransfer energinya kepada molekul oksigen terdekat sehingga membentuk spesies oksigen reaktif (reactive oxygen species, ROSs) yang akan membunuh sel kanker di dekatnya. Dengan demikian pengobatan kanker dapat ditargetkan secara akurat tanpa merusak sel sehat. Masalahnya, kebanyakan PSs bersifat hidrofobik sehingga tidak dapat langsung dimasukkan ke dalam tubuh. Untuk itu dibutuhkan suatu pembawa (carrier) yang mampu membawa PSs ke sel kanker tanpa efek samping yang mengganggu.

Paras N. Prasad dkk, dari State University of New York di Buffalo dan The Roswell Park Cancer Institute menemukan bahwa nanopartikel keramik dapat digunakan sebagai pembawa PSs dengan efisien dan aman. Bahan keramik ini mudah dibuat, dapat melindungi PSs dari pengaruh pH atau temperatur, serta memiliki sifat biokompatibel yang memungkinkan penambahan senyawa tertentu yang akan menempel pada sel kanker.

Mereka mensintesis keramik yang di-dope dengan 2-devinyl-2-(1-hexyloxyethyl) pyropheophorbida (HPPH), sejenis PSs yang sedang menjalani uji klinis fase I/II sebagai obat kanker. Pori-pori pada nanokeramik sangat kecil sehingga bisa menahan HPPH tetapi melewatkan oksigen sehingga HPPH tetap dapat memproduksi ROSs di sekitarnya dan menimbulkan kematian sel kanker.

Kemungkinan lain adalah menggunakan nanopartikel berbasis silika dengan inti magnetik. Nanopartikel ini kemudian diberi senyawa tertentu yang bisa menempel pada sel kanker dengan reseptor yang sesuai. Kemudian, jika diberi medan magnet dc, maka nanopartikel yang sudah menempel pada sel kanker akan mengakibatkan kematian sel akibat medan magnet (magneto-cytolysis) dan membunuh sel kanker tersebut.

Teknologi nano sebagai alternatif penyimpan data

Teknologi penyimpanan data sudah melompat jauh dari bahan pita magnetik sampai ke teknologi laser pada DVD dan CD-ROM. Namun, teknologi nano nampaknya akan mampu membawa penyimpanan data menjadi lebih maju lagi.

Petter Vettiger dan Gerd Binnig (Binnig adalah pemenang Nobel Fisika tahun 1986 untuk penemuan "scanning tunneling microscope", STM), dari IBM Zurich Research Laboratory, mengemukakan gagasan untuk menggunakan jarum nano (prinsip pada teknik STM) sebagai alat penyimpan data. Prototip alat ini disebut Millipede (kaki seribu).

Prinsip kerja Millipede sebenarnya sangat sederhana. Sebuah jarum berukuran nano ditempelkan pada penyangga yang kemudian dipasang di atas suatu lembaran polimer. Jika penyangga dipanaskan dengan suhu tinggi (sekitar 400 oC), maka penyangga akan memuai dan jarum akan membuat sebuah indentasi pada polimer. Indentasi tersebut dibaca sebagai sinyal 1 dan tidak ada indentasi sebagai 0. Pembacaan data juga menggunakan prinsip yang sama. Jika penyangga dipanaskan pada temperatur 300 oC, maka penyangga akan sedikit memuai dan ujung jarum tepat menyentuh permukaan polimer. Jarum tersebut kemudian akan 'terperosok’ masuk ke dalam indentasi sehingga terjadi penurunan suhu dan perubahan hantaran listrik. Fenomena inilah yang kemudian digunakan untuk membaca data pada lembaran polimer.

Keuntungan lain dari sistem ini adalah kemungkinan untuk menghapus data yang sudah tertulis. Jika penyangga dipanaskan pada temperatur 400 oC dan masuk ke indentasi yang sudah ada, maka panas yang dipindahkan ke polimer mampu melelehkannya dan menutup indentasi tadi. Dengan cara ini data bisa dihapus, disimpan, dan dibaca ulang dengan cepat dan tahan lama.

Prototip Millipede yang paling mutakhir sudah bisa memuat 1.024 jarum dan penyangganya dalam chip seluas 3 mm2. Sekitar 80% sudah berfungsi secara baik dan sudah diuji coba untuk aplikasi langsung. Hasil ini sangat menggembirakan dan membuktikan keampuhan teknologi nano dalam teknologi penyimpanan data.

Teknologi nano memang menjanjikan banyak hal untuk masa depan. Dengan banyaknya kemungkinan penggunaan yang ada serta fleksibilitas teknologi nano yang luar biasa, tidak heran jika dalam empat sampai lima tahun ke depan, teknologi nano akan sampai ke tangan konsumen dan berperanan penting dalam kehidupan sehari-hari.