Dengan menggabungkan alginat yang berasal dari rumput laut dengan nanomaterial graphene oxide, para peneliti telah mengembangkan bahan baru yang tahan lama dan dapat merespons secara dinamis terhadap lingkungannya.

Peneliti Brown University, Amerika Serikat, berhasil menunjukkan cara menggunakan graphene oxide (GO/asam grafit)) untuk menambahkan beberapa kekuatan tambahan ke bahan hidrogel yang terbuat dari alginate, Ini adalah bahan alami yang berasal dari rumput laut yang saat ini digunakan dalam berbagai aplikasi biomedis.

Dalam sebuah makalah yang diterbitkan dalam jurnal Carbon, para peneliti mendeskripsikan metode pencetakan 3-D untuk membuat struktur alginat-GO yang rumit dan tahan lama yang jauh lebih kaku dan lebih tahan fraktur yang hanya mengandung alginat.

“Salah satu faktor pembatas dalam penggunaan hidrogel alginat adalah bahwa mereka sangat rapuh – mereka cenderung runtuh di bawah beban mekanis atau dalam larutan garam rendah,” kata Thomas Valentin, Ph.D, mahasiswa di Brown School of Engineering yang memimpin riset ini. “Apa yang kami tunjukkan adalah dengan memasukkan nanosheet graphene oxide, kami dapat membuat struktur ini jauh lebih kuat,” tambah Valentin.

Para peneliti juga berhasil menunjukan bahwa material baru ini menjadi lebih kaku atau lebih lembut saat berinterkasi dengan tretment kimia yang berbeda, ini berarti dapat digunakan untuk membuat materi “pintar” yang mampu bereaksi terhadap lingkungan mereka secara real time. Selain itu, alginat-GO mempertahankan kemampuan alginat untuk mengusir minyak, ini membuat material baru ini potensial sebagai lapisan antifouling yang kokoh.

Metode pencetakan 3-D yang digunakan untuk membuat bahan yang dikenal sebagai stereolithography. Teknik ini menggunakan laser ultraviolet yang dikendalikan oleh sistem desain yang dibantu komputer untuk melacak pola di seluruh permukaan larutan polimer fotoaktif.

Cahaya menyebabkan polimer saling terhubung, membentuk struktur 3-D yang solid dari larutan. Proses pelacakan berulang sampai seluruh objek dibangun lapis demi lapis dari bawah ke atas.

Dalam hal ini larutan polimer dibuat menggunakan natrium alginat yang dicampur dengan lembaran graphene oxide, bahan berbasis karbon yang membentuk nanosheet setebal satu atom yang lebih kuat daripada baja.

Salah satu keuntungan teknik ini adalah bahwa polimer natrium alginat terhubung melalui ikatan ionik. Ikatan ini cukup kuat untuk menyatukan materi, tetapi dapat dipatahkan dengan penggunaan bahan kimia tertentu.

Hal itu memberi materi kemampuan untuk merespons secara dinamis terhadap rangsangan eksternal. Sebelumnya, para peneliti di Brown menunjukkan bahwa “ikatan silang ionik” ini dapat digunakan untuk membuat bahan alginat yang cepat larut ketika diperlakukan dengan bahan kimia.

Untuk studi baru ini, para peneliti ingin melihat bagaimana graphene oxide dapat mengubah sifat mekanik dari struktur alginat. Mereka menunjukkan bahwa alginat-GO dapat dibuat dua kali lebih keras dari alginat saja, dan jauh lebih tahan terhadap retakan.

“Penambahan oksida graphene menstabilkan hidrogel alginat dengan ikatan hidrogen,” kata Ian Y. Wong, asisten profesor teknik di Brown. Eksperimen menunjukkan bahwa kekakuan material dapat disetel di atas faktor 500 dengan memvariasikan lingkungan ionik eksternalnya. Kemampuan untuk mengubah kekakuannya dapat membuat alginat-GO berguna dalam berbagai aplikasi, kata para peneliti, termasuk kultur sel dinamis.

“Anda bisa membayangkan sebuah skenario di mana Anda dapat menggambarkan sel-sel hidup dalam lingkungan yang kaku dan kemudian segera berubah ke lingkungan yang lebih lembut untuk melihat bagaimana sel yang sama mungkin meresponsnya,” kata Valentin. Itu bisa berguna dalam mempelajari bagaimana sel-sel kanker atau sel-sel kekebalan bermigrasi melalui organ yang berbeda di seluruh tubuh.

Dan karena alginat-GO mempertahankan sifat minyak-repellant yang kuat dari alginat murni, bahan baru bisa membuat lapisan yang sangat baik untuk menjaga minyak dan kotoran lainnya. Dalam serangkaian eksperimen, peneliti menunjukkan bahwa lapisan alginat-GO dapat menjaga dari minyak dan membuat hidrogel alginat-GO berguna untuk pelapis dan struktur yang digunakan dalam bidang kelautan, kata para peneliti. “Bahan komposit ini dapat digunakan sebagai sensor di laut yang bisa melakukan pembacaan selama tumpahan minyak, atau sebagai lapisan antifouling yang membantu menjaga lambung kapal tetap bersih,“ kata Wong.

Kekakuan ekstra yang diberikan oleh graphene akan membuat bahan atau lapisan semacam itu jauh lebih tahan lama daripada alginat saja. Para peneliti berencana untuk terus bereksperimen dengan bahan baru, mencari cara untuk merampingkan produksinya dan terus mengoptimalkan propertinya.(koran-jakarta.com)