Nanoteknologi
Nano adalah satuan
panjang sebesar sepertriliun meter (1 nm=10-9m). Ukuran tersebut
1000x lebih kecil dari diameter rambut manusia (80 11/4m). Bahan
nano merupakan jembatan antara molekul dan bahan berukuran mikrometer dengan
menggunakan skala nanometer, atau sepersemilyar meter, merupakan teknologi
berbasis pengelolaan materi berukuran nano atau satu per miliar meter, dan merupakan
lompatan teknologi untuk mengubah dunia materi menjadi jauh lebih berharga dari
sebelumnya. Ukurannya
yang teramat kecil dan mempunyai jumlah luas permukaan yang besar adalah suatu
ciri yang unik sehingga ia memiliki sifat toksik akibat dari permukaan yang
besar dan berkait rapat. Kajian mendapati kesan toksik yang lebih
tinggi bagi partikel nano dibandingkan bagi bahan yang sama pada ukuran
yang lebih besar. Perkembangan nanoteknologi dapat
meningkatkan nilai tambah pada serat tekstil.
Nanosilver
Nano silver merupakan salah satu produk berbasis
nanoteknologi.. Nano silver bersifat anti bakteri dan anti virus akan
sangat membantu dalam hal mengatasi berbagai masalah yang bisa ditimbulkan oleh
bakteri dan virus. Nano silver ini dalam bentuk colloid Dalam
aplikasinya dapat digunakan pada tekstil dengan fungsi khusus, salah satunya
adalah sifat antimikroba, untuk menghasilkan produk antimikroba ini dapat
dilakukan melalui rekayasa partikel seperti perak dengan ukuran antara 1 hingga
100 nanometer. Perak merupakan logam yang umum digunakan, karena sifat
toksiknya rendah terhadap kulit manusia.
Tujuan ion silver dibuat nano karena virus, bakteri dan
pathogen adalah partikel yang paling kecil yang hidup dalam organisme biologi.
Agar perak dapat bekerja efektif, maka ukuran perak harus lebih kecil dari pada
virus, bakteri maupun pathogen lainnya.
Pada
prinsipnya cara kerja/degradasi bakteri maupun virus oleh ion silver adalah partikel
perak akan merusak dan menembus dinding sel bakteri, kemudian akan masuk kedalam
gugus tiol bakteri dan berikatan dengan gugus sulfidril pada bakteri sehingga
akan mencegah produksi enzyme pada bakteri. Selanjutnya partikel perak akan
menghambat pertumbuhan DNA dan akhirnya bakteri mati.
Ion
perak bersifat netral didalam air, tahan asam, garam dan berbasa lemah.
Stabilitas yang baik terhadap panas dan cahaya. Memiliki daya anti bakteri yang
tahan lama. Semakin kecil ukuran partikel, pengaruh gaya
gravitasi semakin dapat diabaikan. Sedangkan peningkatan muatan dan kimia
permukaan memungkinkan adanya gaya tolak menolak antar partikel sehingga
partikel dapat terdispersi dalam air.
Metode
pembuatan Nanopartikel Perak
Banyak metoda yang banyak digunakan untuk memproduksi nano partikel, seperti metoda reduksi kimia, fotokimia, sonokimia dan aerosol.
1.
Metoda
Reduksi Kimia
Pada metode ini
digunakan proses reaksi reduksi pada garam-garam perak seperti perak nitrat,
perak sulfat, perak perflorat, dan garam-garam yang mengandung perak lainnya. Metode
ini sering digunakan karena alasan kemudahan dan biaya yang relative murah.
1.1
Zat yang digunakan
Zat-zat
lain yang digunakan untuk pembuatan nano partikel perak yaitu stabilisator, zat
pengikat, zat pereduksi, aquades, dan katalis untuk mempercepat reaksi.
Stabilisator dari zat aktif
permukaan termasuk zap anionic, zap kationik, zap amfoter, dan nonionic.
Stabilisator berfungsi untuk mencegah agregasi dari partikel nano dengan cara
membuat lapisan pelindung antara partikel untuk mempersulit pergerakan atom.
Penelitian yang telah dilakuakn zat-zat yang sering digunakan sebagai stabilisator
pada partikel nano ini adalah sodium deodesil sulfat (SDS), polifinil
pirolidon(PVP), polivinil alcohol (PVA), namun zat yang sering digunakan adalah
PVP.
Zat pereduksi digunakan untuk mereduksi yang
ada pada garam logam menjadi atom, zat –zat pereduksi yang biasa digunakan
ialah, natrium borohibrida (NaBH4), hidrazin (N2H4),
formaldehd (HCHO), glukosa (C6H12O6.H2O),
trisodium sitrat (2Na.C6H5O7.1H2O),
dan lain-lain. Perbandingan garam perak dengan zat pereduksi yang digunakan
yaitu 1:8.
Zat yang paling sering digunakan
yaitu glukosa, karena glukosa merupakan zat reduktor lemah. Katalis digunakan
untuk mempercepat reaksi. Zat pereduksi akan bekerja pada suasana alkali.
dengan kata lain, penambahan alkali dapat menyelesaikan reaksi dalam waktu jangka
pendek. Senyawa yang digunakan umumnya mengandung ion hidroksida (OH) , contoh
nya seperti NaOH.
Selanjutnya zat yang digunakan yaitu
zat pengikat. Fungsi dari zat ini untuk mengatur konsentrasi ion logam bebas
dalam larutan. Seperti halnya stablisator zat ini berfungsi mencegah
pembentukan agregasi, sehingga ukran partikel dapat diatur. Zat yang biasa
digunakan yaitu urea (CO(NH2)2) karena alasan kemudahan
dan biayanya relative murah[3].
1.2
Tahapan
proses
Garam
perak dialirkan menggunakan mikrofluida dengan kecepatan aliran antara 3 – 10
ml/menit, sedangkan kecepatan alir zat pereduksi sekitar 1 ml/menit pada suhu 0oC.
Selanjutnya zat stabilisator dimasukkan dan diaduk pada suhu 10 – 60oC.
nanopartikel yang terbentuk pada proses ini akan stabil dalam larutan.
Mekanisme reaksi pembuatan nanopartikel perak dari
AgNO3 dengan reduktor trisodium sitrat[2]:
4Ag+ + C6H5O7Na3
+ 2H2O ----> 4Ag0 + C6H5O7H3 +
3Na+ + H+ + O2
1.3 Kekurangan dan Kelebihan
Adapun kekurangan dan kelebihan dari metoda reduksi
kimia adalah sebagai berikut:
a. Kelebihan:
1. Mudah
dilakukan
2. Biaya
murah
3. Peralatan
sederhana
4. Cocok
digunakan untuk skala kecil
5. Partikel
yang dihasilkan lebih besar dari 40 nm
b. Kekurangan:
1. Distribusi
partikel sulit untuk dikendalikan
2. Membutuhkan
banyak zat kimia
3. Polusi
cukup tinggi
2.
Metoda
Foto Kimia
2.1 Fotokatalis
Pembuatan
nanopartikel perak dengan menggunakan metoda ini didasari oleh transformasi
kimiawi perak klorida pada permukaan kain menjadi logam perak dengan bantuan
radiasi tinggi dari sinar UV.
Fotokatalisis (menurut IUPAC) suatu reaksi
katalitik yangg melibatkan absorpsi cahaya oleh katalis atau substrat tertentu. Dapat juga
didefinisikan sbg suatu proses kombinasi antara fotokimia dan katalis,
yaitu suatu proses transfor-masi kimiawi dg melibatkan cahaya sebagai pemicu
dan katalis sebagai pemercepat proses transformasi tsb (Serpone, 2002)
2.2
Tahapan Proses
Kain di
benam-peras pada larutan yang mengandung perak nitrat, lalu dikeringkan pada
suhu 60oC. kemudian benam-peras (80%) kembali pada larutan NaCl dan
keringkan kembali. Konsentrasi NaCl pada bak larutan harus diperhitungkan
sesuai dengan stoikiometri agar dapat merubah Perak Nitrat menjadi Perak
Klorida.
Selanjutnya
kain diradiasi dengan kekuatan tinggi selama 24 detik dengan menggunakan
radiator UV HF4 – CENARO dengan lampu 2850 W. Dengan radiasi tinggi tersebut
dapat menurunkan muatan positif ion logam dan membentuk nanopartikel perak. Hasil
dari cara ini bisa mendapatkan perak dengan ukuran 5-30 nm[6].
2.3
Kelebihan dan Kekurangan metoda Fotokimia
a. Kelebihan dari metoda ini adalah
:
1. prosesnya
cepat dan bisa langsung diaplikasikan pada kain sehingga dapat lebih menghemat
waktu dan biaya produksi.
2. Jika
kita menghendaki pencelupan warna abu-abu, maka kita dapat mengeliminasi
pencelupan tersebut.
3. Dapat
dilakukan dengan metoda kontinyu
4. Ketahanan
cuci baik.
b. Kelemahan
dari metoda ini yaitu:
1. Kain
yang telah dicelup akan mengalami perbedaan warna menjadi kearah abu, dimana
semakin tinggi konsentrasi perak, perbedaan warna akan semakin tinggi, untuk
konsentrasi perak 1% perbedaan warnanya mencapai 47,747. Warna kain menjadi
semakin gelap (-L*). Untuk mengantisipasi hal itu, pada proses pencelupan
sebaiknya diberi warna hitam agar perbedaan warna tidak terlalu jauh, walaupun hasilnya masih memberikan nilai beda
warna sebesar 2,8%.
2. distribusi partikel nano masih besar, yaitu
sekitar 77.7 nm – 824,6 nm.
3.
Metoda
Sonokimia
3.1 Proses Sonokimia
Sonokimia adalah aplikasi ultasonik untuk reaksi dan
proses kimiawi. Sonokimia umumnya
ditunjukan dalam medium cair. Suara ultra sonic yang digunakan sebesar 20 KHz –
1MHz. Suara ultrasonik yang menjalar didalam medium cair sehingga membentuk
gelembung atau rongga (cavity) mikroskopik dengan sangat cepat dan dapat memisahkan ikatan Van der Waals,
membutuhkan tenaga 105W/cm2, dilain pihak pada kekuatan
0,3W/cm2 air akan membentuk hydrogen peroksida. Selanjutnya
gelembung tersebut akan membesar karena ada difusi dari perak. Pada saat volume
maksimum, gelembung-gelembung tersebut akan pecah dan akan meningkatkan
temperature menjadi 5000K dengan tekanan 1000 atmosfer dan memiliki kecepatan pemanasan-pendinginan 1010
K/s. Pada keadaan itu ikatan kimia silver akan
terlepas menjadi nano partikel. Selama
terjadinya gelembung-gelembung, kondisi fisika-kimia suatu reaksi bisa berubah
drastis namun suhu medium yang teramati tetaplah dingin karena proses terbentuk
dan pecahnya gelembung tadi terjadi dalam skala mikroskopik[8].
3.2
Metoda
sonokimia dengan teknik radiasi pada kain
Saat
ini banyak dilakukan penelitian metoda disperse sonokimia pada partikel logam
oksida pada tekstil. Pada dasarnya metoda ini sama dengan pembuatan partikel
nanoperak cara sonokimia standar, yaitu dengan menggunakan radiasi ultrasonic,
namun pada metoda ini radiasi dilakukan simultan dengan proses coating pada
kain.
Langkah
pertama, siapkan larutan etanol-air, kemudian masukkan perak dioksida. Atur pH
pada suasana alkali dengan menambahkan larutan ammonia sampai pH 8. Hilangkan
sisa CO2/udara dengan menggunakan argon selama 1 jam pada suhu 30oC.
Selanjutnya radiasi dengan ultrasonic intensitas tinggi sebesar 20 kHz dengan
kekuatan 1,5 kW. Terakhir dilakukan pencucian untuk menghilangkan sisa-sisa
ammonia kemudian keringkan dengan udara[7].
3.3
Kekurangan
dan Kelebihan
Adapun
kekurangan dan kelebihan dari proses sonokimia adalah sebagai berikut:
a. Kelebihan
1. Distribusi
ukuran nanaopartikel merata
2. Ukuran
nanopartikel dapat dikontrol
3. Warna
dan texture kain tidak berubah
4. Pada
saat proses radiasi, bakteri yang ada pada kain akan mati
b. Kekurangan
1. Proses
radiasi lama minimum 1 jam
2. Peralatan
rumit
4.
Metoda
Aerosol
Metoda lainnya yaitu
metoda aerosol. Metoda ini akan mendispersikan partikel perak dalam gas,
sehingga muatan pada ion perak akan lebih stabil didalamnya. Zat yang digunakan
adalah eminopropiltrietoksilan, AgNO3, air distilasi, dan etanol
sebagai carier gas.
4.1 Tahapan Proses
Aminopropilmethoksilan,
AgNO3, Air deionisasi, dan ethanol dicampurkan. Kemudian dipanaskan
sampai ethanol menguap sehingga membentuk suspense dalam gas. Pada saat
pemanasan logam perak akan tereduksi oleh etanol membentuk struktur nano
partikel dalam bentuk kerangka matrik silica.
Selanjutnya dilakukan
penangkapan partikel, partikel collector di atur pada suhu 80oC
untuk menjaga partikel aerosol tetap kering dan mencegah aglomerasi. Komposit
nanopartikel dapat terjaga sebagai carrier gas dan terkumpul dalam filter.[10]
4.2
Kekurangan dan Kelebihan
Adapun kekurangan dan
kelebihan dari metoda ini adalah sebagai berikut:
a. Kelebihan:
1. Biaya
produksi rendah untuk skala produksi yang besar
2. Molekul
terdispersi secara monomolekuler
3. Tahap
penguapan dan reaksinya dapat dikontrol
4. Prosesnya
cepat dan fleksibel
5. Tingkat
polusi rendah
6. Ukuran
partikel dapat dikontrol dengan mudah
7. Bubuk
perak dapat terdispersi dalam air
b. Kekurangan:
1. Peralatan
cukup rumit
2. Tidak
cocok untuk produksi skala kecil
Kesimpulan
Beberapa
metode dalam pembuatan nano partikel perak telah banyak dikembangkan untuk
mendapatkan hasil yang baik terhadap ukuran nanopartikel perak ini. Dalam metode
pembuatannya dapat digunakan metode reduksi kimia, metode sonokimia, metode
fotokimia, dan metode aerosol. Pada beberapa metode ini yang banyak digunakan
karena kemudahan dan biayanya yaitu metoda reduksi.
PUSTAKA
1. _____.
Absorption ans swelling
characteristics of silver (I) anti microbial wound dressings. Textile
Research Journal vol.78.2008.
2. Agus
Haryono, Sri Budi Harmami. Aplikasi
Nanopartikel Perak pada Serat Katun sebagai Produk Jadi Tekstil Antimikroba. Jurnal Kimia
Indonesia. 2010.
3. Chou
et al.. high concentration Nano Scale
Silver Colloidal Solution and Preparing Process Thereof. United States
Patent Application Publication. 2008.
4. Didenko
et al.. Controlled Synthesis of
Nanoparticles Using Continuous Liquid-flow Aerosol Method. United
States Patent Application Publication. 2011.
5. Durán,
Nelson. Antibacterial Effect of Silver
Nanoparticles Produced by Fungal Process on Textile Fabrics and Their Effluent
Treatment. Journal of Biomedical Nanotechnology, vol 3. 2007.
6. Filipowska,
Barbara, et.al.. New Method For The
Antibacterial And Antifungal Modification Of Silver Finished Textiles.
Fibres and Textile in Eastern Europe, vol 19. 2011.
7. Gedanken
et al.. Sonochemical Coating of
Textiles with Metal Oxide Nanoparticles for Antimicrobial Fabrics.
United States Patent Application Publication. 2011.
8. Gedanken,
Aharon. Sonochemistry and Its
Aplication to Nanochemistry. Current Science, vol 85. 2003.
9. Hussain
et al.. Novel Method of Manufacturing
of Silver Oxide Nano Particles. United States Patent Application
Publication. 2009.
10. Jiang
et al.. Aerosol Method for Nano
Silver-Silica Composite Anti-Microbial Agent. United States Patent
Application Publication. 2009.
11. Johnson.
Apparatus for Producing Nano-Particles
of Silver. United States Patent Application Publication. 2008.
12. Matsunami
et.al.. Nano-particles and Process for
Producing Nano-particles. United States Patent Application Publication.
2007.
13. Sastry,
et al. Process for The preparation of
Silver Nanoparticle. United States Patent Application Publication.
2011.
14. Sounderya,
Nagarajan, et al. Use of Core/Shell
Structured Nanoparticles for Biomedical Aplication. Biomedical Engineering,
vol 1. 2008.
15. Sudaryanto,
dkk. Pembuatan Nanopartikel Magnetik
Berlapis Polimer Biodegradable dengan Metode Sonokimia. Jurnal Sains
Materi Indonesia, vol 8. 2007.
16. Tatang
Wahyudi, Sinta Rismayani. Aplikasi
Nanoteknologi Pada Bidang Tekstil. Arena tekstil vol.23 No.2. Balai
Besar Tekstil. 2008.
17. Yan,
jixiong, et.al.. Nano
Silver-Containganti Bacterial And Antifungal Granules And Methods For Preparing
And Using The Same. United States Patent Application Publication. 2002.
18. Ylitalo,
et al.. Silver Ion Releasing Articles
and Method of Manufacture. United States Patent Application
Publication. 2010.