Jumat, 3 Juli 2020
News & Nature

Nanoselulosa untuk Uji Cepat Covid-19

Kamis, 21 Mei 2020

Hasil penelitian kami menunjukkan, limbah tandan kosong kelapa sawit (TKKS) dapat dijadikan nanoselulosa menggunakan hidrolisis asam klorida.

Dr. Novitri Hastuti, S.Hut, M.Si, M.Sc Dr. Novitri Hastuti, S.Hut, M.Si, M.Sc Peneliti Pertama Bidang Nanoselulosa pada Kelompok Peneliti Pengolahan Kimia dan Energi Hasil Hutan Bukan Kayu, Pusat Litbang Hasil Hutan, Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan RI c17d8abe-a488-43e9-9045-1a6bf97c808a.jpg
Dok. penulis
Pembuatan nano selulosa menggunakan oksidasi TEMPO untuk menghasilkan TEMPO-oxidized cellulose nanofibers (TOCNs)

PANDEMI corona virus disease yang dikenal dengan Covid-19 telah mengubah kehidupan normal di seluruh dunia. Berbulan-bulan, manusia dipaksa untuk bertahan di rumah masing-masing. Tidak lagi bebas ke mall, makan di restoran, bahkan untuk merayakan hari raya Idul Fitri di kampung halaman.

Seiring dengan pandemi Covid-19 yang terus memakan korban jiwa, para peneliti di Indonesia saling bekerjasama untuk menciptakan alat deteksi cepat atau rapid test Covid-19. Baru-baru ini, peneliti Universitas Padjajaran (Unpad) dan Institut Teknologi Bandung (ITB) berhasil mengembangkan alat deteksi cepat berbasis antigen Covid-19. Temuan ini tentu menjadi angin segar bagi riset di bidang kesehatan.

___________________________________________________________________

Baca juga: Pestisida Nabati Pengganti Pestisida Kimia

___________________________________________________________________

Hasil penelitian saat ini masih dalam tahap pengujian atau validasi untuk dinyatakan layak produksi secara massal. Namun demikian, seperti ditulis Budi Cahyono di ayojakarta.com, Muhammad Yusuf, Koordinator Penelitian Vaksin dan Diagnostik Covid-19 dari Unpad, mengeluhkan adanya komponen alat deteksi cepat yang belum dapat disediakan di Indonesia.

Komponen itu adalah kertas tes. Industri kertas di Indonesia belum memiliki kemampuan untuk produksi kertas tes sesuai dengan kriteria alat uji diagnostik.

 

Bahan baku melimpah

Jika merujuk pada hasil penelitian Pusat Nasional Nanosains dan Teknologi Beijing mengenai kertas tes untuk deteksi cepat, salah satu komponen penting dalam kertas tes adalah komponen kertas/membran nitroselulosa (nitrocellulose membrane). Rui Hua Tang dkk. pada tahun 2019 berhasil mengintegrasikan nanoselulosa ke kertas tes nitroselulosa dari alat deteksi konvensional.

Hasil penelitian yang dipublikasikan di Microchimica Acta menunjukkan bahwa integrasi nanoselulosa ke kertas tes mampu meningkatkan sensitivitas alat deteksi hingga 20 kali lipat. Pembuatan kertas tes dengan penambahan nanoselulosa memang belum dikuasai oleh industri kertas di Indonesia.

 

Ilustrasi perbedaan sensitivitas kertas tes konvensional dan kertas tes dengan penambahan nanoselulosa/dok. Novitri Hastuti)

 

Di sisi lain, bahan baku nanoselulosa sangat melimpah di Indonesia. Bahan baku nanoselulosa adalah selulosa itu sendiri. Selulosa adalah senyawa organik yang paling melimpah di bumi. Ia menjadi penyusun utama sel tanaman hijau seperti pohon, rumput maupun ganggang.

Selulosa terdiri dari unit glukosa yang disambungkan melalui ikatan glikosidik membentuk rantai selulosa yang linier. Selulosa tidak dapat ditemukan murni di alam, namun selalu bersama komponen lainnya seperti lignin, hemiselulosa dan pektin sebagai komponen penyusun sel.

Di dalam sel tumbuhan, selulosa menyusun lembaran-lembaran mikrofibril. Selulosa dapat diekstrak atau dipisahkan dari komponen kimia lainnya melalui proses kimiawi. Di pabrik kertas, setelah proses pemasakan kayu menggunakan bahan kimia, selulosa dihasilkan dalam bentuk bubur kayu (pulp) dan diolah menjadi kertas.

Produksi nanoselulosa dapat dilakukan melalui dua cara. Cara yang pertama adalah dengan cara top down. Cara ini dilakukan dengan mengubah material berukuran makro menjadi ukuran nano melalui perlakuan mekanis, kimiawi, maupun gabungan keduanya. Perlakuan mekanis dilakukan dengan menggunakan mesin penumbuk, penggiling maupun gelombang ultrasonik.

Pemecahan struktur selulosa menjadi nanoselulosa secara kimiawi melibatkan asam kuat atau enzim. Perlakuan kimiawi yang diikuti dengan perlakuan mekanis (gabungan) merupakan metode yang banyak digunakan untuk mendapatkan material nano dengan proses yang lebih efisien.

Cara yang kedua yaitu bottom up. Cara ini menghasilkan nanoselulosa dengan melibatkan material seperti bakteri penghasil selulosa. Bakteri penghasil selulosa bisa berasal dari famili Gluconoacetobacter.

Tentu kita masih bertanya-tanya, seberapa kecilkah ukuran nanoselulosa? Untuk menjawabnya, mari kita bayangkan selulosa seperti rambut manusia. Hasil penelitian mahasiswa di Universitas Negeri Jember menyebutkan bahwa tebal rambut manusia adalah 50 mikronmeter. Ukuran mikronmeter dapat dituliskan dengan 10-6 meter atau seperjuta meter.

__________________________________________________________________

Baca juga: Covid-19 dan Potensi Bioetanol Hutan Tropis Kita

__________________________________________________________________

Ketika kita mengetahui bahwa tebal rambut adalah 50 x 10-6 meter, maka ketika tebal rambut itu dipotong-potong menjadi 10.000 kali lebih kecil, maka kita akan sampai pada ukuran nanometer. Ukuran nano dilambangkan dengan 10-9 meter atau sepermilyar meter.

Hasil penelitian Hayaka Fukuzumi dari Tokyo University tahun 2010 menunjukkan membran nanoselulosa dari kayu lunak (softwood) memiliki kestabilan terhadap panas yang baik. Orientasi nanoselulosa pada matriks membran menyebabkan pembentukan struktur mikropori yang cocok sebagai bahan kertas tes. Struktur mikropori memungkinkan laju aliran sampel uji dari bantalan sampel hingga mencapai bantalan adsorben dapat berjalan lancar dengan meningkatnya daya adsorpsi kertas.

Laju aliran (flow) sampel uji dalam membran nanoselulosa inilah yang menjadi penentu keakuratan dan sensitivitas alat deteksi yang menggunakan kertas. Disamping itu, di dalam kertas atau membran nitronanoselulosa, tersimpan material berupa enzim atau protein berupa antibodi dan antigen sebagai indikator deteksi.

Dengan sifat mekaniknya yang tinggi, nanoselulosa diketahui sebagai bahan immobilisasi yang baik untuk senyawa aktif, enzim dan bakteri. Beragam sifat unggul inilah yang membuat nanoselulosa sangat potensial diaplikasikan dalam berbagai bidang.

___________________________________________________________________

Baca juga: Mewujudkan Hutan Indonesia jadi Sumber Obat Dunia

___________________________________________________________________

Di bidang kesehatan, nanoselulosa dapat dimanfaatkan sebagai pembawa senyawa aktif untuk penyembuhan atau terapi penyakit hingga level sel. Nanoselulosa juga dapat digunakan sebagai tempat immobilisasi bakteri untuk bioremediasi ataupun bioteknologi. Masih banyak lagi manfaat lainnya yang didapat dari material super kecil bernama nanoselulosa.

Nanoselulosa tidak hanya dihasilkan dari material berkayu seperti pohon, tetapi juga dari limbah yang mengandung selulosa. Hasil penelitian kami yang dipublikasikan di Journal of Polymers and the Environment Volume 26 Nomor 9 Tahun 2018 menunjukkan bahwa limbah tandan kosong kelapa sawit (TKKS) dapat dijadikan nanoselulosa menggunakan hidrolisis asam klorida.  Selain material non kayu seperti TKKS, penelitian Abraham dkk pada tahun 2010 menunjukkan nanoselulosa dapat diperoleh dari limbah kulit pisang, jerami dan pelepah nanas.

Ilustrasi pembuatan nanoselulosa dari limbah tandan kosong kelapa sawit/dok. Novitri Hastuti

 

Membran nanoselulosa dapat dihasilkan dengan proses evaporasi suspensi nanoselulosa pada suhu 40ºC-60ºC menggunakan oven. Sifat nanoselulosa yang rigid atau kaku, membuat pembuatan membran nanoselulosa perlu penambahan bahan plastis (plasticizer) seperti gliserol, gelatin atau alginat. Hasil penelitian doktoral penulis menunjukkan bahwa penambahan nanoselulosa TKKS mampu meningkatkan kekuatan tarik membran alginat 2 kali lebih besar dibandingkan membran alginat murni.

 

Penguasaan Teknologi Nano

Dengan adanya kebutuhan kertas tes untuk alat deteksi cepat, maka penguasaan nanoteknologi pembuatan kertas atau membran nanoselulosa perlu dikembangkan di industri kertas. Terlebih lagi, sumber bahan baku pembuatan nanoselulosa merupakan bahan berlignoselulosa yang dapat diperbaharui.

Bahan itu bisa berupa limbah pertanian dan kehutanan yang potensinya melimpah di Indonesia. Jika penguasaan teknologi produksi nanomaterial dapat dicapai, kita tidak perlu mengimpor komponen kertas tes untuk alat deteksi cepat.

Pandemi Covid-19 yang terjadi hampir di semua negara mengakibatkan permintaan kertas tes meningkat. Hal ini berpengaruh pada harga kertas tes yang tinggi. Harga komponen kertas tes yang tinggi selanjutnya akan berpengaruh pada beban belanja negara yang besar. Oleh karena itu, penguasaan teknologi produksi nanomaterial, khususnya nanoselulosa, penting untuk dipercepat. Hal ini bertujuan agar ketergantungan terhadap komponen bahan baku impor berkurang.

Percepatan dapat dilakukan dengan mendorong riset nanomaterial aplikatif melalui skema pendanaan riset bersaing.  Dieter Klemm dkk dalam reviewnya yang ditulis tahun 2011 telah menyebutkan beragam potensi pemanfaatan nanoselulosa untuk komposit, farmasi, energi, maupun kosmetika. Pemanfaatannya yang luas menyebabkan penguasaan teknologi produksinya dapat mendorong kemandirian industri dalam negeri.

____________________________________________________________________

Baca juga: Disinfektan dari Cuka Kayu & Bambu Lebih Efektif

____________________________________________________________________

Pusat Litbang Hasil Hutan sebagai lembaga riset pemerintah telah mengambil langkah progresif dengan Rencana Kegiatan Penelitian, Pengembangan dan Inovasi Integratif (RPPII) Material Fungsional Berbasis Kehutanan Tahun 2020-2025. Salah satu fokus riset didalamnya adalah pengembangan material nano.  

Riset nanoselulosa yang aplikatif memerlukan sinergi dan dukungan dari beragam disiplin ilmu, termasuk industri. Hal ini seperti ditunjukkan oleh riset alat deteksi cepat Covid-19 dari Unpad dan ITB. Kepakaran tim peneliti yang tergabung didalamnya terdiri dari kepakaran bidang kesehatan klinis, genetika dan biologi molekuler.

Benar memang, pandemi Covid-19 ini telah membangkitkan kecerdasan kolektif semua elemen bangsa. Tidak ada lagi kata aku dan kamu, yang ada hanya kita. Bekerja bersama untuk bangsa.*



BAGIKAN

BERI KOMENTAR