Nanoteknologi Nanoteknologi
•
• Nanosains adalah ilmu yang mempelajari sifat materi yang berukuran 1-100 nm (1 nm Nanosains adalah ilmu yang mempelajari sifat materi yang berukuran 1-100 nm (1 nm
= 10 = 10-9-9))
•
• nNnNananototekeknonolologi gi dadapapat t dididedefinfinisiisikakan n sebsebagagai ai teteknknoloologi gi peperanrancancangagan n (d(desaesainin),),
pembuatan dan aplikasi strukturmaterial yang berdimensi nanometer! pembuatan dan aplikasi strukturmaterial yang berdimensi nanometer!
•
• "enur"enurut ut #b#bdulladullah h dan dan $hair$hairurijjal (%009), nanoteknourijjal (%009), nanoteknologi adalah logi adalah ilmu dan ilmu dan rekayrekayasaasa
da
dalalam m pepencncipiptaataan n mamaterterialial, , strstrukuktutur r fufungngsiosionalnal, , mamaupupun un pipiranranti ti dadalam lam skskalalaa nanom
nanometer! &adi eter! &adi nanotnanoteknoleknologi ogi tidak hanya tidak hanya sebatas bagaimana cara sebatas bagaimana cara menghmenghasilkanasilkan material atau
material atau partikpartikel el yang berukuran nanometyang berukuran nanometer, melainkan memiliki pengertianer, melainkan memiliki pengertian yang lebih luas termasuk bagaimana cara memproduksi serta mengetahui kegunaan yang lebih luas termasuk bagaimana cara memproduksi serta mengetahui kegunaan sifat baru yang muncul dari material nano yang telah dibuat!
sifat baru yang muncul dari material nano yang telah dibuat! Perak
Perak
•
• 'alam bentuk maksro, perak merupakan logam yang berarna putih cemerlang dan'alam bentuk maksro, perak merupakan logam yang berarna putih cemerlang dan
sangan mudah ditempa! sangan mudah ditempa!
No atom *+ No atom *+
No massa 10+,+ No massa 10+,+
ilangan oksidasi 0, .1, .% dan ./ ) bilangan oksidasi 0, .1 merp spesies ygilangan oksidasi 0, .1, .% dan ./ ) bilangan oksidasi 0, .1 merp spesies yg sangat banyak, dan biloks .%, ./ merupakan spesies yg sangat jarang!
sangat banyak, dan biloks .%, ./ merupakan spesies yg sangat jarang! umber perak yang paling penting adalah
umber perak yang paling penting adalah argentite (#g%) dan #gl!argentite (#g%) dan #gl!
•
• #plikasi 2erak #plikasi 2erak
2embuatan alat alay makanan2embuatan alat alay makanan
"ata uang logam"ata uang logam
2erhiasan#kimaterial fotografi dan cermin2erhiasan#kimaterial fotografi dan cermin
2erak telah digunakan untuk pengobatan penyakit medis selama lebih dari 1002erak telah digunakan untuk pengobatan penyakit medis selama lebih dari 100 tahun karena memiliki sifat alami sebagai anti bakteri dan anti jamur serta tahun karena memiliki sifat alami sebagai anti bakteri dan anti jamur serta sifatnya yang tidak toksik terhadap kulit manusia!
sifatnya yang tidak toksik terhadap kulit manusia! Nanopartikel
Nanopartikel
•
• Nanopartikel adalah Nanopartikel adalah partikel partikel yang yang sangat sangat halus halus berukuran berukuran orde orde nanometer nanometer atauatau
partikel yang ukurannya dalam inter3al 1-100
partikel yang ukurannya dalam inter3al 1-100 nm dan minimal dalam satu dimensi!nm dan minimal dalam satu dimensi!
•
• Nanopartikel tersususn dari sekelompok atom atom yang b Nanopartikel tersususn dari sekelompok atom atom yang berkisar dari /- 10erkisar dari /- 10++ •
• Nanopartikel merupakan Nanopartikel merupakan materi materi yang yang berperan berperan sebagai sebagai building building block block daridari
pengembangan teknologi pada skala nano pengembangan teknologi pada skala nano
•
• Nanopartikel dapat Nanopartikel dapat berupa berupa logam, logam, oksida oksida logam, logam, semikonduktor, semikonduktor, polimer, polimer, materimateri
karbon, senyaa organik, dan biologi seperti 'N#, protein atau en4im! karbon, senyaa organik, dan biologi seperti 'N#, protein atau en4im!
• elanjutnya dapat disusun menjadi suatu yang berukuran lebih besar dan memiliki
struktur lebih kompleks untuk dijadikan peralatan tertentu yang dapat diaplikasikan di berbagai bidang
• #plikasi Nanopartikel
sebagai detektor, katalis, 4at pelapis permukaan, dan antibakteri!
Nanopartikel perak memiliki sifat yang stabil dan aplikasi yang potensial dalam berbagai bidang antara lain sebagai katalis, detektor sensor optik, dan agen antimikroba! ebagian besar pemanfaatannya adalah sebagai agen antimikroba (5aryono, dkk! %00)!
Nanopartikel perak memiliki luas permukaan yang relatif besar sehingga meningkatkan kontak mereka dengan bakteri atau jamur, dan mampu meningkatkan efekti3itas bakterisida dan fungisidanya ("onta4er, dkk! %01%)
• 6on perak digunakan dalam formula komposit resin gigi, dalam lapisan perangkat
medis7 sebagai pelapis bakterisida dalam filter air!
• elain itu sebagai agen antimikroba di spray udara, bantal, respirator, kaus kaki, tisu
seperti perban luka! berbagai kategori dari bermacam produk telah tersedia di pasar industri!
• 'alam bidang medis, nanopartikel perak diaplikasikan dalam pembalut luka,
instrumen bedah dan prostesis tulang yang dilapisi dengan nanopartikel perak!
• 'alam kehidupan sehari-hari, nanopartikel perak digunakan dalam deterjen,
pemurnian air , dan cat tembok yang mengandung nanopartikel perak (8lumalai et al., %011)!
• Nanopartikel perak juga ditemukan sebagai aplikasi dalam salep topikal dan krim
yang digunakan untuk mencegah infeksi luka bakar dan luka terbuka! 2roduk mengandung perak seperti gel koloid perak dan kain mengandung perak sekarang digunakan dalam peralatan olahraga!
• ensiti3itas dan kinerja biosensor ditingkatkan dengan nanomaterial! anyak
teknologi transduksi sinyal yang telah diketahui seperti biosensor, bioprobe dan biosistem lainnya menggunakan nanomaterial yang dihasilkan melalui organisme
hidup (8lumalai et al., %011)!
• Nanopartikel ditemukan dalam aplikasi antibakteri! $ain yang dilapisi dengan
nanopartikel perak menjadi steril dan dapat digunakan di rumah sakit untuk mencegah atau meminimalkan infeks idengan bakteri patogen seperti !aureus (8lumalai et al., %011)!
• #plikasi nanopartikel perak pada serat, seperti serat katun dan nilon untuk
mendapatkan sifat antimikroba telah semakin banyak dipelajari, beberapa bakteri menunjukkan kecenderungan yang meningkat pada daya tahannya terhadap antibiotik! 'ispersi sejumlah kecil nanopartikel perak pada serat telah terbukti efektif dan hemat biaya untuk meningkatkan kinerja sifat
• serat terhadap mikroba (5aryono, %010)!
NanoPartikel perak
• Nano partikel perak (N22) merupakan partikel logam perak yang memiliki ukuran
100 nm! 2emilihan N22 sebagai produk luaran hasil biosintesis berdasar pada potensinya yang luas untuk dikembangkan dalam berbagai bidang aplikasi! elain itu, perak merupakan salah satu logam mulia yang memiliki kualitas optic yang cukup baik setelah emas dengan harga yang lebih terjangkau! $elemahan dari N22 terletak pada sifatnya yang sedikit tisak stabil dibandingkan dengan nanopartikel emas! elain
itu potensi pengemabangan N22 di berbagai bidang terbuka luas, diantaranya sebagai sensor (ang dkk %010) dan antibiotic (dubey dkk, %009)
• erdasarkan bahan asalnya, nanopartikel dapat digolongkan ke dalam dua kelompok,
yaitu nanopartikel organic dan anorganik! :ang termasuk dalam nanopartikel organic adalah nanopartiekl karbon, sednagkan yang termsuk nanopartikel anorganik diantaranya nanopartikel magnetic, naopartikel logam mulia (eman dan perak) dan nanopartikel smikonduktor (seperti titanium dioksida dan 4ink oksida) (;! 2rathna, "athe, dkk %010)!
• intesis nanopartikel perak dapat dilakukan dengan metode top-don (fisika) dan
metode bottom-up (kimia)!
• "etode top-don yaitu mereduksi padatan logam perak menjadi partikel perak
berukuran nano secara mekanik melalui metodologi khusus, seperti litografi dan ablasi laser! "etode bottom-up dilakukan dengan melarutkan garam perak ke dalam pelarut tertentu , kemudian agen pereduksi ditambahkan, dan penambahan agen penstabil untuk mencegah aglomerasi nanopartikel perak yang diperlukan!
• Nanopartikel perak bersifat antibakteri dan anti3irus a kan sangat membantu dalam hal
mengatasi berbagai masalah yang bisa ditimbulkan oleh bakteri dan 3irus!
• 'alam aplikasinya nanopartikel perak dapat digunakan sebagai campuran bahan baku
pembuatan cat dengan fungsi khusus, salah satunya adalah sifat antibakteri, untuk menghasilkan produk antibakteri ini dapat dilakukan melalui rekayasa partikel seperti perak dengan ukuran antara 1 hingga 100 nanometer! ;ujuan ion perak dibuat nano karena 3irus, bakteri dan patogen lainnya adalah partikel yang paling kecil yang hidup dalam organisme biologi! #gar perak dapat bekerja efektif, maka ukuran perak harus lebih kecil dari pada 3irus, bakteri maupun pathogen lainnya!
• $emampuan antibakteri nanopartikel perak dipengaruhi oleh karakteristik fisik
nanomaterial seperti ukuran, bentuk, dan sifat permukaan! elain itu, rasio luas permukaan terhadap 3olume semakin meningkat dengan semakin kecilnya ukuran partikel sehingga nanopartikel perak memiliki kemampuan antibakteri yang lebih kuat (5aryono, dkk! %00)! emakin kecil ukuran nanopartikel perak, semakin besar efek antimikrobanya (<u4man, dkk! %009)!
• "ailu (%010) melakukan sintesis nanopartikel perak dengan metode reduksi kimia
karena prosesnya mudah dan sederhana! <aram perak yang digunakan yaitu perak nitrat (#gN/) 1>10-/ " dan 4at pereduksinya adalah natrium sitrat (Na/?5@+)! Aeaksi pembuatan nanopartikel perak dari #gN/ dengan agen pereduksi natrium sitrat adalah sebagai berikut
*#g. . ?5@+Na/ . %5% ----B *#g0 . ?5@+5/ . /Na. . 5. . %
$euntungan metode reduksi dibandingkan dengan metode lainnya menurut hou dan Cu (%00) adalah
"udah dilakukan
iaya murah
2eralatan yang digunakan sederhana
ocok digunakan untuk skala kecil
• Daktor-faktor yang dapat mempengaruhi ukuran partikel dalam sintesis yaitu
temperatur larutan, konsentrasi garam dan agen pereduksi dan aktu reaksi (ileikaite, dkk! %00?)! entuk dan ukuran nanopartikel perak merupakan hal penting dalam penentuan sifat optik, listrik, magnet, katalis dan antimikroba!
• #ntibakteri nanopartikel perak dipengaruhi oleh ukuran partikel, semakin kecil
ukuran partikel semakin besar efek antimikroba (<u4man, dkk! %009)!
• $emampuan antibakteri perak antara lain disebabkan kemampuannya merusak
dinding sel bakteri, mengganggu metabolisme sel, dan menghambat sintesis sel mikroba! "enurut "ahendra, dkk! (%009), nanopartikel perak mempunyai akti3itas antibakteri karena memiliki luas permukaan yang besar yang memungkinkan melakukan kontak yang sangat baik dengan mikroorganisme!
• "ekanisme antibakteri nanopartikel perak yaitu terjadinya interaksi antara ion perak
dengan kelompok tiol sulfidril pada protein! 6on perak akan menggantikan kation hidrogen (5.) dari kelompok tiol sulfidril menghasilkan gugus -#g yang lebih stabil pada permukaan sel bakteri! 5al ini dapat menonaktifkan protein, menurunkan permeabilitas membran, dan pada akhirnya menyebabkan kematian selular (Deng,
dkk! %000)!
Biosintesis nanopartikel logam
• iosintesis nanopartikel logam memanfaatkan makhluk hidup sebagai agen biologi
• 2rinsip biosintesis nanopartikel logam ialah memanfaatkan tumbuhan ataupun
mikroorganisme sebagai agen pereduksi! "ikroorganisme yang digunakan seperti bakteri, khamir dan jamur!
• iosintesis nanopartikel logam menggunakan mikroorganisme memiliki kelemahan,
seperti pemeliharaan kultur yang sulit dan aktu sintesis yang lama!
• iosinteis nanopartikel menggunakan tumbuhan memberikan beberapa keuntungan,
seperti ramah lingkungan , kompatibel untuk aplikasi farmasi dan biomedis, baiaya rendah, dan tidak perlu tekanan, energidan temperature tinggi, serta tidak perlu bahan kimia yang beracun!
• ;umbuhan yang digunakan untuk biosintesis ekstraseluler nanopartikel dapan berupa
air rebusan, getah, ataupun hasil jus dari bagian tumbuhan, seperti bagian daun, buah, dan biji!
• "ekanisme sintesis nanopartikel perak dengan ekstrak tanaman meliputi
a! Dase aktifasi selama reduksi ion logam dan nukelasi dari atom logam yang tereduksi!
b! Dase pertumbuhan selama nanopartikel saling berdekatan berkumpul secara spontan menjadi partikel yang lebih besar! 2embentukan nanopartikel langsung dari nukleasi dan pertumbuhan heterogen, kemudian reduksi ion logam,meningkatnya stabilitas termodinamik dari nanopartikel!
c! Dase proses terminasi yang menentukan bentuk akhir dari nanopartikel!
• 'alam biosintesis nanopartiekl perak , yang menggunakan tumbuhan, #g(0) terbentuk
melalui reaksi reduksi oksidasi (redoks) dari ion #g (6) yang terdapat pada larutan maupun ion #g (6) yang terkandung dlam tumbuhan dengan senyaa tertentu, seperti en4im dan reduktan yang berasal dari bagian tumbuhan! 2roses reduksi hingga terbentuk nanopartikel perak tidak lepas dari peran senyaa tertentu yang terdapat pada jenis tumbuha yang digunakan! 2ada tumbuhan #!indica, diduga baha terpenoid dari fla3onoid dari air rebusan memfasilitasi terjadinya reduksi karena memiliki surface acti3e molecule stabili4ing!
• "enurut &ha,et al!, senyaa yang berperan dalam proses reduksi terdiri dari beberapa
senyaa metabolit sekunder tumbuhan seperti , senyaa terpenoid jenis citronellol dan geraniol, lalu keton, aldehid, amida dan senyaa karboksilat
Karakteristik nanopartikel perak a! pektrofotometer EF-Fis
pektrofotometer EF-Fis digunakan untuk mengkaji sifat absorpsi material dalam rentang panjang gelombang ultra3iolet (mulai sekitar %00 nm) hingga mencakup semua panjang gelombang cahaya tampak (sampai sekitar +00 nm)! pektrofotometer ultra3iolet G 3isibel digunakan untuk analisis kualitatif ataupun kuantitatif suatu senyaa! #bsorpsi cahaya ultra3iolet maupun cahaya tampak mengakibatkan transisi elektron, yaitu perubahan elektron-elektron dari orbital dasar berenergi rendah ke orbital keadaan tereksitasi berenergi lebih tinggi! 2enyerapan radiasi ultra3iolet atau sinar tampak tergantung pada mudahnya transisi elektron! "olekul-molekul yang memerlukan lebih banyak energi untuk transisi elektron, akan meyerap pada panjang gelombang yang lebih pendek! "olekul-molekul yang memerlukan energi lebih sedikit akan menyerap panjang gelombang lebih panjang (Dessenden dan Dessenden, 19?)!
"enurut 5aryono (%00), analisa absorbansi dapat sekaligus nenunjukan sifat optik dari suatu material! 'i dalam bidang nanosains dan nanoteknologi, analisa spektrofotometer EF-Fis dapat juga digunakan untuk memprediksi ukuran dan bentuk nanopartikel! elain itu, analisa absorbansi ini juga merupakan jenis analisa tercepat dan termudah untuk mengetahui apakah nanopartikel telah terbentuk! 5asil analisa spektrofotometer EF-Fis ini masih perlu diperkuat dengan analisa yang lain seperti 2# dan ;8"! 2engukuran spektrofotometer 11
EF-Fis pada koloid nanopartikel perak dilakukan pada rentang panjang gelombang 190 G *00 nm (5aryono, %00)!
'alam pengoperasian ;8", salah satu tahap yang paling sulit dilakukan adalah mempersiapkan sampel! ampel harus dibuat setipis mungkin sehingga dapat ditembus elektron! ampel ditempatkan di atas grid ;8" yang terbuat dari tembaga atau karbon! &ika sampel berbentuk partikel, biasanya partikel didispersi di dalam 4at cair yang mudah menguap seperti etanol lalu diteteskan ke atas grid ;8"! &ika sampel berupa komposit partikel di dalam material lunak seperti polimer, komposit tersebut harus diiris tipis (beberapa nanometer)! #lat pengiris yang digunakan adalah microtom (#bdullah dan $haerurijjal, %009)!
b! Particle Size Analyzer (2#)
$arakterisasi menggunakan 2# digunakan untuk menentukan ukuran rata-rata nanopartikel perak! 2# menggunakan metode Dinamyc Light Scattering ('C) yang memanfaatkan hamburan inframerah! 5amburan inframerah ditembakkan oleh alat ke sampel sehingga sampel akan bereaksi menghasilkan gerak ron (gerak acak dari partikel yang sangat kecil dalam cairan akibat dari benturan dengan molekul-molekul
yang ada dalam 4at cair)! <erak inilah yang kemudian di analisis oleh alat, semakin kecil ukuran molekul maka akan semakin cepat gerakannya!
#nalisa distribusi ukuran pada partikel berdasarkan pada ukuran maksimum yang dihasilkan dalam persentase 3olume sampel tertentu! 2ersentase dirumuskan sebagai Ha, dengan keterangan sebagai berikut
H = parameter, biasanya ' untuk diameter
a = distribusi, misalnyan untuk jumlah, 3 untuk 3olume, i untuk intensitas = persentase sampel
ebagai contoh, '3@0 digunakan untuk melihat diameter maksimum yang terdapat dalam @0I 3olume sampel!
$arakterisasi menggunakan 2# bertujuan untuk menentukan ukuran partikel hasil sintesis! 'ari pengukuran ini akan didapatkan konsentrasi perak nitrat yang paling optimum yaitu yang menghasilkan nanopartikel perak dengan ukuran terkecil! elanjutnya koloid nanopartikel perak dengan konsentrasi perak nitrat optimum dikarakterisasi menggunakan ;8"! ;8" digunakan untuk mengetahui morfologi, struktur dan membuktikan adanya partikel yang berukuran nano!
c! ;8"
$arakterisasi dengan ;8" digunakan untuk menentukan ukuran partikel dan distribusinya! 2artikel dengan ukuran beberapa nanometer dapat diamati dengan jelas menggunakan ;8" karena resolusinya yang sangat tinggi! 'engan menggunakan high resolution ;8" (5A-;8") kita bahkan dapat menentukan lokasi atom-atom dalam sampel!
2rinsip $erja ;8" sangat mirip dengan prinsip kerja rontgen di rumah sakit! 2ada peralatan rontgen, gelombang sinar-H menembus bagian lunak tubuh (daging) tetapi ditahan oleh bagian keras tubuh (tulang)! Dilm yang diletakkan di belakang tubuh hanya menangkap berkas sinar-H yang lolos bagian tubuh lunak tubuh! #kibatnya, film menghasilkan bayangan tulang! 2ada ;8", sampel yang sangat tipis ditembak dengan berkas elektron yang berenergi sangat tinggi! erkas elektron dapat menembus bagian sampel yang JlunakK tetapi ditahan oleh bagian keras sampel (seperti partikel)! 'etektor yang berada di belakang sampel menangkap berkas elektron yang lolos dari bagian lunak sampel! #kibatnya detektor menangkap bayangan yang bentuknya sama dengan bentuk bagian keras sampel (bentuk partikel)!
'alam pengoperasian ;8", salah satu tahap yang paling sulit dilakukan adalah mempersiapkan sampel! ampel harus dibuat setipis mungkin sehingga dapat ditembus elektron! ampel ditempatkan di atas grid ;8" yang terbuat dari tembaga atau karbon! &ika sampel berbentuk partikel, biasanya partikel didispersi di dalam 4at cair yang mudah menguap seperti etanol lalu diteteskan ke atas grid ;8"! &ika sampel berupa komposit partikel di dalam material lunak seperti polimer, komposit tersebut harus diiris tipis (beberapa nanometer)! #lat pengiris yang digunakan adalah microtom (#bdullah dan $haerurijjal, %009)!
"ekanisme antibakteri nanopartikel perak menurut Ci et al !, (%00) meliputi
a! #dhesi nanopartikel terhadap permukaan bakteri yang mengubah sifat membran! Nanopartikel dengan ukuran kecil dan luas permukaan besar mampu berhubungan
dengan permukaan mikroorganisme!
b! Nanopartikel perak masuk ke dalam sel bakteri menyebabkan kerusakan 'N#!
c. Nanopartikel perak melepaskan ion #g. yang dapat berinteraksi dengan protein yang
mengandung sulfur dalam dinding sel bakteri! 6on #g. terlarut terinteraksi dengan dinding sel dan protein sitoplasma!
