Nanopartikel

Nanopartikel Silver terstabilisasi Kappa Karagenan.(Src : Dokumen Pribadi, klik untuk memperbesar)

Selama beberapa dekade terakhir, nanomaterial (NM) telah menjadi hal yang menjanjikan dalam beberapa bidang penelitian. nanoteknologi adalah topik yang tidak ada habis-habisnya di era sekarang ini. para ilmuwan di seluruh dunia sedang gencar-gencarnya mengembangkan teknologi maju yang diramalkan akan mewarnai dunia industri hingga bertahun-tahun yang akan datang.

Didasarkan pada beberapa sifat kimia dan fisikanya yang diantaranya seperti ukuran, bentuk, struktur permukaan dan muatan,agregasi, aglomerasi, dan solubilitas, NM dapat dengan mudah berinteraksi dengan biomolekul dan sel. namun demikian masih banyak sekali diantara masyarakat yan tidak mengenal apa itu nanoteknologi. nanoteknoloi merupakan cara atau teknologi untuk memodifikasi atau manipulasi suatu materi dalam skala atomik dan molekuler. pada artikel ini kita akan mengulas tentang salah satu pembahasan di dalam dunia nanoteknologi: nanopartikel.

Apa itu Nanopartikel?

Nama nanopartikel berasal dari penggabungan 2 kata “nano” dan “partikel” artinya partikel yang berada pada ukuran nano (10-9 m). berdasarkan The Physics Factbook, diameter rambut manusia berkisar dari 17 hingga 181 μm jadi jika dibayangkan nanopartikel ini berukuran seribu kali lebih kecil dari diameter rambut manusia.

Pemanfaatan nanopartikel

Untuk apa manusia mengembangkan nanopartikel ini? Untuk apa partikel tak kasat mata ini? Apakah mereka tidak punya pekerjaan lain seperti bertani, beternak, berdagang atau bahkan mengepel lantai?

Nanopartikel bukan hanya semata-mata buah keisengan para ilmuwan. Nanopartikel dikembangkan karena adanya sifat unik dibandingkan material-material ukuran biasa. Nanopartikel ditemukan memiliki sifat fisik, kimia, mekanik, termal dan biologis [1] berupa titik lebur, wettability, konduktivitas listrik dan termal, aktivitas katalitik, penyerapan cahaya dan hamburan yang baik dibandingkan ukuran bulk-nya [2].

Sifat-sifat yang lebih baik inilah yang kemudian diaplikasikan ke berbagai bidang seperti kesehatan, industri, bahkan elektronik. beberapa jurnal malaporkan bahwa nanopartikel emas (AuNPs) dapat dimanfaatkan sebagai drug delivery [3]. Contohnya, penelitian terbaru terhadap obat kanker methotrexate menyimpulkan bahwa peneyrapan obat methotrexate yang terkonjugasi dengan AuNPs kedalam sel kanker lebih tinggi dari obat methotrexate tanpa AuNPs pada dosis yang sama[7].

Biosensor telah sangat membantu proses pendeteksian berbagai zat, terutama diagnosis medis. di bidang ini, AuNPs khususnya Au NR (nanorods emas) merupakan kunci dalam desain berbagai jenis nanobiosensor karena sifat bawaannya [4]. AuNPs merupakan obat baru yang menjanjikan untuk treatment penyakit rematik berhubungan dengan sifat anti-inflammator anti angiogenik terkait dengan rendahnya toksisitas. Aplikasi AuNPs dalam bidang medis terus berkembang termasuk untuk drug delvery, biomedical imaging, diagnosis, photothermal dan gene therapy [5].

Metode sintesis

Metode sintesis NPs pada dasarnya dapat dilakukan dengan berbagai cara, mulai dari fisika, kimia, biologi, green synthesis, maupun radiasi. Bahkan ada juga yang menggabungkan beberapa metode menjadi satu dengan harapan dapat menghasilkan produk yang lebih baik. Turkevich et al. mengembangkan metode sintesis AuNPs dengan hidrogen tetraklorat (HAuCl4) dengan asam sitrat dalam air mendidih, asam sitrat berfungsi sebagai agen pereduksi dan penstabil [6].

(A) sintesis dua fase AuNPs dengan reduksi HAuCl4 dalam alkanethiol (B) AuNPs terstabilisasi-sitrat dibuat dengan larutan HAuCl4 dibawah kondisi reflux.(Src : Turkevich et al., klik untuk memperbesar)

Gambar diatas adalah metode yang digunakan Turkevich et al.. Pada reaksi (A) sintesis dua fase AuNPs dengan reduksi HAuCl4 dalam alkanethiol sebagai stabilizing ligands dan NaBH4 sebagai reducing agent. Reaksi pertukaran tempat pada alkanethiol-protected AuNPs dapat dibentuk dengn emfungskan thiol. (B) AuNPs terstabilisasi-sitrat dibuat dengan larutan HAuCl4 dibawah kondisi reflux di mana sitrat bertindak sebagai stabilizing ligand dan reducing agent. Pertukaran ligan pada functionalized thiol untuk AuNPs terstabilisasi-sitrat didapatkan dengan menggunakan Tween 20 sebagai intermediate [6].

Terdapat juga metode pembentukan AuNPs melalui protokol reduksi bifasik menggunakan tertraoktilamonium bromida (TOAB) sebagai fase reagen transfer dan sodium borohidra (NaBH4) sebagai agen pereduksi. Ablasi laser, arc discharge, dan deposisi uap kimia (CVD) merupakan metode produksi penting untuk produksi materal berbahan dasar karbon (kecuali karbon hitam). Nanomaterial sintetik dibentuk dengan mechanical grinding, knalpot mesin dan asap, atau disintesis dengan metode fisika, kimia, biologi atau hibrid. Biosintesis memanfaatkan bakteri yang mengikat logam berat, dan mengendapkannya ke permukaan membentuk NPs logam dengan toksisitas rendah. Namun demikian, kekurangan dari metode ini adalah waktu sintesis yang lama, perlunya proses filter bakteria dan NPs yang dihasilkan sedikit jika dibandingkan dengan metode kimia misalnya.

Karakterisasi Nanopartikel

Karakterisasi NPs dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat fisika maupun kimia NPs. Dengan adanya data-data menyangkut sifat dan karakteristik material nano akan memudahkan pembentukan material dengan sifat yang diinginkan karena meode-metodenya telah diketahui. Karakterisasi NPs dapat dilakukan dengan berbagai alat seperti UV-Vis (Ultra Violet-Visible), FTIR (Fourier Transformation Infra Red), SEM (Scattering Electron Microscopy), TEM (Transmission Electron Microscopy), XRD (X-Ray Diffraction), SANS (Small Angle Neutron Scattering), dan SAXS (Small Angle X-ray Scattering).

UV-Vis berguna untuk menganalisa panjang gelombang khususnya pada nanopartikel dalam fase cair ataupun koloid. Beberapa nanopartikel seperti Ag dan Au NPs karakteristik unik berupa Surface Plasmon Resonance (SPR) yang gelombangnya dapat diketahui melalui analisis UV-Vis. Biasanya gelombang SPR ini berada pada kisaran panjang gelombang 300-500 nm.

FTIR berfungsi untuk mengetahui gugus-gugus dan ikatan kimia pada suatu bahan. FTIR dapat digunakan dalam analisis NPs yang dalam sintesisnya menggunakan bahan lain seperti polimer sebagai zat penstabil. Beberapa penelitian menggunakan polimer alami seperti chitosan, alginate, atau karagenan sebagai stabilizer NPs. Untuk menetahui apakah gugus polimer tersebut telah berhasil mengikat partikel atau belum, maka dilakukan investigasi menggunakan FTIR.

SEM dan TEM digunakan dalam penentuan morfologi material. Alat ini mampu melihat bagaimana bentuk permukaan material. Perbedaan SEM dan TEM terletak pada kemampuan TEM untuk melihat morfoogi bahan hingga ke lapisan dalam material sedankan SEM hanya mampu menampilkan morfologi permukaan bahan saja. XRD digunakan untuk menetahui sifat dan morfologi nanopartikel seperti derajat kristalinitas dan susunan kristal.

Penutup

Sebagai permulaan pembahasan menenai nanopartikel, artikel ini hanya membahas hal-hal umum mengenai nanopartikel. Artikel selanjutnya akan menjelaskan lebih rinci tentang sintesis, karakterisasi, instrumen-intrumen yang digunakan, dan aplikasinya. Silahkan berikan kritik dan saran di kolom komentar. Keep curious, keep learning!

Referensi

  1. Agarawal,H., Nakara, A. Dan Shanmugam, V. (2019). Anti-inflammatory mechanism of various metal and metal oxide nnaoparticles synthesized using extract: A review. Biomedicine & Pharmacotherapy, 109, pp.2561-2572
  2. Jeevanandam, J., Barhoum, A., Chan, Y., Dufresne, A. Dan Danquah, M. (2018). Review on nanoparticles and nanostructured materials: history, sources, toxicity and regulations. Beilstein Journal of Nanotechnology, 9, pp.1050-1074
  3. Das, M., Shim, K., An, S. dan Yi, D. (2011). Review on gold nanoparticles and their applications. Toxicology and Environmental Health Sciences, 3(4), pp.193-205
  4. Elahi, N., Kamali, M., dan Baghersad, MH. (2018). Recent biomedical applications of gold nanoparticles: A review. Talanta, 184, pp.537-556
  5. Carneiro, MFH., dan Barbosa Jr, F. (2016). Gold nanoparticles: A critical review of therapeutic applications and toxicological aspects. Journal of Toxicology and Environmental Health, Part B, 19:3-4, 129-148
  6. Yeh, YC., Creran, B., and Rotello, VM. (2011). Gold Nanoparticles: Preparation, properties, and applications in biotechnology. The Royal Society of Chemistry, Nanoscale, 4, 1871-1880
  7. Chen, Y.H.; Tsai, C.Y.; Huang, P.Y.; Chang, M.Y.; Cheng, P.C.; Chou, C.H.; Wu, C.L. Methotrexate conjugated to gold nanoparticles inhibits tumor growth in a syngeneic lung tumor model. Mol. Pharmaceut. 2007, 4, 713–722.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *