nano material

Click here to load reader

Post on 05-Dec-2014

41 views

Category:

Documents

4 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

1Nanomaterial: Pendekatan Baru Penanggulangan Kanker dan Diabetes Horasdia SARAGIH Laboratorium Sains Terapan, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Advent Indonesia Jl. Kolonel Masturi No. 288 Parongpong, Bandung 40559, INDONESIA e-mail: horas@dosen.fisika.net ABSTRAK Kanker dan diabetes adalah dua jenis penyakityang sampai saat inimasihbelumdapatdiatasisecara sem-purna,sehinggaolehkarenaitumenjadipenyebabdominankematianmanusia.Efeksampingkemoterapi menjadi masalah baru yang harus dihadapi oleh penderita kanker dan kurangnya suplai insulin dalam cairan darah menjadi masalah utama pada penderita diabetes. Obat kanker yang sangat beracun pada kemoterapi ti-dak dapat menyasar secara selektif sel-sel kanker, sel-sel normal juga cenderung dinonaktifkan. Dalam kasus diabetes, sel beta yang ada di pankreas sebagai generator insulin tidak dapat dipacu untuk memproduksi in-sulinsesuai kebutuhan sehingga kelebihan kandungangula di dalam cairandarah menjaditidakterkendali. Penemuan karakteristik nanomaterial yang unik memberikan harapan yang sangat berarti terhadap penyele-saianpermasalahandiatas.Nanomaterialseperticarbonnanotube(CNT)dapatsecaraselektifhanyame-masuki sel-sel yang terserang kanker. CNT dapat leluasa menembus membran sel dan keluar-masuk sel tan-pamengganggukerjasel.OlehkarenaituCNTdapatdijadikansebagaicarrierpadasistimpenghantaran obatpadapenderitakankerpadaproseskemoterapi.Sementaradilainpihak,usahayangdilakukanuntuk mengatasipermasalahankurangnyakandunganinsulindidalamdarahadalahdenganteknikoral.Namun oleh karena ukuran partikel insulin yang digunakan relatif besar, maka sulit bagi insulin untuk menembus le-luasapembuluhdarah.Dengandemikian,permasalahanukuranpartikelinsulinharusdiatasi.Teknikyang palingefektifadalahmenggunakanrekayasananoteknologiuntukmendisainukuranpartikelinsulindalam orde nanometer, atau memacu sel beta dengan nanocitosan untuk memproduksi secara tepat insulin yang di-butuhkan. Pada tulisan ini perkembangan penangangan kedua jenis penyakit di atas dengan pendekatan na-noteknologi akan diuraikan. Kata kunci: NANOMATERIAL, SWCNT, MWCNT, NANOKITOSAN, KANKER, DIABETES. 1.PENDAHULUAN Nanomaterialadalahsuatumateriyanguku-rannya berada pada kisaran 1-100 nanometer (nm). Materiinidapatdalambentukkristalyangatom-atomnyatersusunsecarateraturmaupundalam bentuknon-kristal(Kumaretal.,2005).Ditemu-kanbahwaperilakumateriyangberukurannano-metersangatberbedadibandingdenganperilaku padaukuranyanglebihbesar(bulk).Perbedaan yangsangatdramatisterjadipadasifatfisika,ki-miadansifatbiologinya.Perbedaanyangterjadi memberikanmanfaatyangsangatbesarsehingga membawamaterialberukurannanometersebagai materialunggulpadaberbagaibidangterapan, termasuk biologi dan farmasi.Yangpalingmenariklagiadalahsejumlahsi-fat-sifatyang dimilikinyadapatdiubah-ubah seca-rasignifikanmelaluipengontrolanukuranpada ordenanometertersebut,pengaturankomposisi kimia,modifikasipermukaan,danpengontrolan interaksi antar-partikelnya. Sifat-sifat yang bergan-tungpadaukuraninidipercayasebagaihasildari tingginyarasioluaspermukaanterhadapvolume material.Beberapatahunterakhirpenelitianterhadap nanomaterialmenjadiintensifdilakukandiberba-gainegara,baikmenyangkutmetodesintesanya maupunsifat-sifatyangdihasilkannya.Padabi-dangenergi,nanomaterialdilibatkanuntukmeng-hasilkan sel surya yang lebih efesien. Pada bidang kesehatan,obat-obatandikembangkanmengguna-kannanomaterialsehinggalebihcepatlarutdan bereaksiuntukmenghasilkanapayangdisebut denganobatpintar(smartdrug)yangdapatmen-cari sel-sel tumor secara presisi dan mematikannya tanpamengganggusel-selsehattetangganya(So-na,2010;Wongetal.,2011).Berbagaimetode sintesadan terapanbaru,dilaporkanhari demi ha-ri.Prosessintesananomaterialdapatdilakukan secara top down maupun secara bottom up (Kumar et al., 2005). Secara top down, material yang beru-kuranbesardigiling(grinding)sampaiukurannya 2berorde nanometer. Alat penggiling paling populer adalahballmill.Disamping itu dilakukan dengan caraevaporasi.Materialberukuranbesardipa-naskansampaipadatemperaturuapnyasehingga terevaporasimenghasilkanpartikel-partikelberu-kurannanometer.Nanomaterialyangdihasilkan pada kedua cara di atas distabilisasi dengan meng-gunakanlarutankimiasepertipolyvinylalcohol (PVA)ataupolyethileneglycol(PEG)sehingga membentuknanokoloidyangstabil.Sayangnya, caraevaporasiberbiayatinggikarenamengguna-kan peralatan yang mahal. Secara bottomupsintesananomaterialdilaku-kandenganmereaksikanberbagailarutankimia denganlangkah-langkahtertentuyangspesifik sehingga terjadi suatu proses nukleasi yangmeng-hasilkan nukleus-nukleus sebagai kandidat nanpar-tikelsetelahmelaluiprosespertumbuhan.Laju pertumbuhannukleusdikendalikansehingga menghasilkannanopartikeldengandistribusiuku-ran yang relatif homogen. Logamkoloid(nanomateriallogamdalam bentukkoloid)telahberhasildisintesasecaratop down maupun secara bottom up. Secara bottom up, paduanlogamorganik(metalorganic)sering nakan.Paduanlogamorganikdidekomposisi(di-reduksi)secaraterkontrolsehinggaikatanlogam danligannyaterpisah.Ion-ionlogamhasil posisibernukleasimembentuknukleus-nukleus yang stabil, yang dibangkitkan baik dengan meng-gunakan katalis maupun melalui proses tumbukan. Selanjutnyanukleus-nukleusstabiltersebutber-tumbuhmembentuknanopartikel.Secaraskematis prosesiniditunjukkanpadagambar1(Kumaret al.,2005).Untukmenghindariprosesaglomerasi antarananopartikel-nanopartikelyangada,lang-kahstabilisasidilakukandenganmenggunakan larutan separator. Gambar 1. Skema proses pembentukan nanomaterial logam koloid secara bottom up (Kumar et al., 2005). 2.TEMPERATURLEBURNANOMATERI-AL Temperaturlebursuatumaterialsangatber-gantungpadaukuranpartikelnya.Semakinkecil ukuransuatupartikelmakinkeciltemperaturle-burnya(Schaefer,2010).Emaspadaukuranbesar (bulk)memilikitemperaturlebur1.064oC,semen-tarajikaukurannya2nmtemperaturleburnyatu-runmenjadi200oC.Hubungantemperaturlebur dengan ukuran partikel dinyatakan oleh persamaan 1): Im(R) = Im() [1 - 2upHR(1) 3denganTm()temperaturleburpadaukuranbulk, adalahsuatukonstantayangbergantungpada jenismaterial,adalahmassajenismaterial,R adalahjari-jaripartikel,danHadalahkalorlaten fusi material. Penurunantemperaturleburakibatmengecil-nyaukuranpartikeldipahamidarikonsepikatan antaratom.Atom-atomyangmenempatiposisidi dalammaterialmengalamiikatandenganatom-atomlainyangadadisekelilingnyadarisegala arahsehinggaikatannyasangatkuat.Sementara atom-atomyangadadipermukaanhanyamenga-lami ikatan dari arah dalam dan dari arah samping sehinggaikatanyangdialaminyasangatlemah. Semakinkecilukuranpartikel,persentasijumlah atom yang ada di permukaan menjadi semakin be-sardibandingdenganjumlahatomyangadadi dalampartikelsehinggasemakinbanyakatom-atomyangmengalamiikatanlemah.Akibatnya, energiikatrata-rataantaratommakinlemahdan menurunkan temperatur lebur. 3.LEBARCELAHPITAENERGI NANO-MATERI AL Lebarcelahpitaenergisuatumaterialdi-pengaruhiolehukuranpartikelnya(Schaefer, 2010).Dalamprakteknyalebarcelahpitaenergi dapatdiperolehdaripengujiandenganmengguna-kanspektrometerUltravioletVisible(UV-Vis Spectrometer).Olehkarenaitu,jikalebarcelah pitaenergisuatumaterialdapatdiperoleh,maka ukuranpartikelnyadapatditentukan.Hubungan antara jari-jari partikel r dan lebar celah pita energi Edapatdihitungdenganmenggunakanperumu-san yang diturunkan oleh Brus, yaitu: E = Eg - EgBuIk =h28c2[1mcmc +1mhmc -1,8c4nssc

(2) dimana: Eg adalah energi transisi hasil pengukuran nanopartikel,EgBulkadalahenergitransisimaterial dalamukuranbulk,hadalahkonstantaPlank,e adalahmuatanelektron,moadalahmassadiam elektron, me adalah massa efektif elektron, mh ada-lahmassahole,danomasing-masingadalah konstantadielektrikmaterialdanpermitivitasnya pada ruang hampa. Suku pertama pada persamaan 2 muncul seba-gaiakibatdariketerbatasanruanggerakelektron dan hole di dalam partikel oleh karena ukuran par-tikelyangsangatkecil(ordenanometer).Efek ukuraninimemperbesarlebarcelahpitaenergi (memperbesar jarak antara pita valensi dengan pita konduksi).Untuk ukuranmaterial yang sangat be-sar(bulk),nilairdapatdianggapmenujuse-hingganilaisukupertamadankeduamenjadinol. SukukeduamunculakibatadanyatarikanCo-loumb antara elektron dengan hole setelah elektron mengalamieksitasi.Ruanggerakelektronyang terbatasmengakibatkanjarakelektrondanhole menjaditerbatasdalamartitidakbisajauh.Aki-batnya,tarikanantarakeduanyaselaluadayang berimbaspadapenguranganenergiyangdimiliki elektron setelah mengalami eksitasi. 4.REAKTI VI TASKI MI ANANOMATERI -AL Penguranganukuransuatumaterialkeorde nanometermengubahsecaradrastissifatreaktivi-taskimianya.Haliniterjadikarenafraksijumlah atomyangmenempatipermukaanmeningkat. Reaktivitas kimia suatu partikel sangat bergantung pada jumlah atom yang ada pada permukaan parti-keltersebutkarenaatom-atominilahyangakan melakukankontaklangsungdenganatom-atom partikel yang lain (Schaefer, 2010). Misalkansuatupartikelmemilikijari-jarir. Luas permukaan partikel adalah So=4r2. Jika jari-jari efektif suatu atom adalah a, maka luas penam-pangefektifnyaadalahs=a2.Dengandemikian, jumlahatomyangmenempatipermukaanpartikel adalah: Ns = Scs = 42u2(3) VolumepartikeladalahVo=(4/3)r3danvolume satuatomadalahv=(4/3)a3.Dengandemikian jumlahatomyangterkandungdalampartikelter-sebut adalah: N = vc = 3u3 (4) sehinggafraksijumlahatomyangmenempati permukaan adalah: NsN = 4u(5) Daripersamaan5dapatsecarajelasterlihat bahwabilajari-jaripartikelrdiperkecil,maka fraksijumlahatomyangterdapatdipermukaan partikelakansemakinmeningkatsehinggame-ningkatkan reaktivitas kimia partikel. 45.TERAPAN NANOMATERI AL Nanomaterialmemilikipotensiyangsangat besaruntukditerapkanpadabidangbiologidan farmasi.Beberapadiantaranyatelahdicobadan diinvestigasi.Mengacupadakarakteristikyang dimilikinya,beberapajenisnanomaterialtelahdi-gunakan pada teknologi (Kumar et al. 2005): pela-belan sel, penghantaran obat (drug delivery), peru-sakanseltumordenganpemanasan(hyperther-mia), dan penjelas citra magnetic resonance imag-ing(MRI).Penge