Nano Technology

Sejarah Teknologi Nano

Istilah “nano” berasal dari bahasa Yunani yang berarti kecil/kerdil. Sesuai dengan namanya, nanoteknologi adalah ilmu pengetahuan dan teknologi yang mengontrol zat, material dan sistem pada skala nanometer, sehingga menghasilkan fungsi baru yang belum pernah ada. Ukuran 1 nanometer adalah 1 per satu milyar meter (0,000000001 m) yang berarti 50.000 kali lebih kecil dari ukuran rambut manusia.
Dengan membuat zat hingga berukuran sangat kecil, sifat dan fungsi zat tersebut bisa diubah sesuai dengan yang diinginkan. Semua benda yang kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari tersusun dari atom-atom berukuran nano. Bahkan makhluk hidup, termasuk manusia, juga tersusun dari atom-atom. Karakteristik/sifat dari semua benda itu sangat bergantung pada susunan atom-atomnya. Sehingga, sedikit saja susunan struktur atomnya diubah, karakteristik suatu benda bisa berubah drastis.

1. Pertama kali konsep nanoteknologi diperkenalkan oleh Richard Feynman pada sebuah pidato ilmiah yang diselenggarakan oleh American Physical Society di Caltech (California Institute of Technology), 29 Desember 1959. dengan judul “There’s Plenty of Room at the Bottom”.
2. Richard Feynman adalah seorang ahli fisika dan pada tahun 1965 memenangkan hadiah Nobel dalam bidang fisika.
3. Istilah nanoteknologi pertama kali diresmikan oleh Prof Norio Taniguchi dari Tokyo Science University tahun 1974 dalam makalahnya yang berjudul “On the Basic Concept of ‘Nano-Technology’,” Proc. Intl. Conf. Prod. Eng. Tokyo, Part II, Japan Society of Precision Engineering, 1974.“
4. Pada tahun 1980an definisi Nanoteknologi dieksplorasi lebih jauh lagi oleh  Dr. Eric Drexler melalui bukunya yang berjudul “Engines of Creation:  The coming Era of Nanotechnology”.

Pengertian Teknologi-Nano

Teknologi-Nano adalah pembuatan dan penggunaan materi atau devais pada ukuran sangat kecil. Materi atau devais ini berada pada ranah 1 hingga 100 nanometer (nm). Satu nm sama dengan satu-per-milyar meter (0.000000001 m), yang berarti 50.000 lebih kecil dari ukuran rambut manusia. Saintis menyebut ukuran pada ranah 1 hingga 100 nm ini sebagai skala nano (nanoscale), dan material yang berada pada ranah ini disebut sebagai kristal-nano (nanocrystals) atau material-nano (nanomaterials).

Skala nano terbilang unik karena tidak ada struktur padat yang dapat diperkecil. Hal unik lainnya adalah bahwa mekanisme dunia biologis dan fisis berlangsung pada skala 0.1 hingga 100 nm. Pada dimensi ini material menunjukkan sifat fisis yang berbeda; sehingga saintis berharap akan menemukan efek yang baru pada skala nano dan memberi terobosan bagi teknologi.

Beberapa terobosan penting telah muncul di bidang nanoteknologi. Pengembangan ini dapat ditemukan di berbagai produk yang digunakan di seluruh dunia. Sebagai contohnya adalah katalis pengubah pada kendaraan yang mereduksi polutan udara, devais pada komputer yang membaca-dari dan menulis-ke hard disk, beberapa pelindung terik matahari dan kosmetik yang secara transparan dapat menghalangi radiasi berbahaya dari matahari, dan pelapis khusus pakaian dan perlengkapan olahraga yang dapat meningkatkan kinerja dan performa atlit. Hingga saat ini para ilmuwan yakin bahwa mereka baru menguak sedikit dari potensi teknologi nano.

Perkembangan Teknologi-Nano

Teknologi nano saat ini berada pada masa pertumbuhannya, dan tidak seorang pun yang dapat memprediksi secara akurat apa yang akan dihasilkan dari perkembangan penuh bidang ini di beberapa dekade kedepan. Meskipun demikian, para ilmuwan yakin bahwa teknologi nano akan membawa pengaruh yang penting di bidang medis dan kesehatan; produksi dan konservasi energi; kebersihan dan perlindungan lingkungan; elektronik, komputer dan sensor; dan keamanan dan pertahanan dunia.

Ilustrasi Ukuran di Kehidupan :

• Makhluk hidup tersusun atas sel –sel yang memiliki diameter ± 10 µm.
• Bagian dalam sel memiliki ukuran yang lebih kecil lagi, bahkan protein dalam sel memiliki ukuran ± 5 nm yang dapat diperbandingkan dengan nanopartikel buatan manusia.

•  
  

     Teknologi nano sebenarnya telah dimanfaatkan sejak dulu dalam bidang kesehatan yaitu dalam mengamati prilaku vaksin dan mikroba lainnya serta efeknya terhadap tubuh kita. Dalam kosmetik sudah kita lihat adanya sabun yang transparan dan baru baru ini muncul produk baru yang disebut sebagai sunscreen transparent yang dipro duksi oleh perusahaan bernama Nanophase Technologies, sunscreen ini dibuat dari partikel zink okside yang berukuran nano meter sehingga transparan.
     Dalam bidang kesehatan teknologi nano ini selain mendapat sambutan yang positif juga mendapat sambutan negatif yang antara lain karena adanya kekhawatiran para akhli medis mengenai bahaya kontaminasi logam ukuran nano meter ke dalam tubuh baik yang melalui saluran pernapasan maupun yang langsung melalui pori-pori kulit tubuh, hal ini bisa terjadi karena partikel nanometer dalam keadaan tunggal tidak terlihat oleh mata kita sehingga akan mudah terakumulasi dalam tubuh dan mungkin juga tertransfer kesaluran darah yang bisa saja akan mengakibatkan kanker atau penyakit lainnya.

Bidang Farmasi

      Nanoteknologi sudak banyak digunakan dalam bidang sains, antara lain biomedis, elektronik, magnetik, optik, IT, ilmu material, komputer, tekstil, kosmetika, bahkan obat-obatan. Sebagian besar obat-obatan dan kosmetika yang beredar di pasaran saat ini bekerjanya kurang optimal disebabkan karena zat aktifnya :

·         memiliki tingkat kelarutan yang rendah.

·         membutuhkan lemak agar dapat larut.

·         mudah teragregasi menjadi partikel besar

·         tidak mudah diabsorpsi dan dicerna
   

  

Terobosan nanoteknologi dalam bidang kosmetika dan obat-obatan mampu menciptakan bahan kosmetika dan obat-obatan dengan efektivitas yang jauh lebih baik. Sebagai contoh adalah penggunaan liposom dalam formula obat dan kosmetika.
     Liposom adalah vesikel berbentuk spheris dengan membran yang terbuat dari dua lapis fosfolipid (phospholipid bilayer), yang digunakan untuk menghantarkan obat atau materi genetik ke dalam sel. Liposom dapat dibuat dari fosfolipid alamiah dengan rantai lipid campuran ataupun komponen protein lainnya. Bagian phospholipid bilayer dari liposom dapat menyatu denganbilayer yang lain seperti membran sel, sehingga kandungan dari liposom dapat dihantarkan ke dalam sel.
     Dengan membuat liposom dalam formula obat atau kosmetika, akhirnya bahan yang tidak bisa melewati membran sel menjadi dapat lewat. Manfaat sistem penghantaran zat aktif kosmetika dengan menggunakan liposom berukuran 90 nm adalah :
mampu menghantarkan zat aktif sampai lapisan bawah kulit.
mampu menghantarkan zat aktif lebih cepatk, sehingga didapatkan recovery yang lebih cepat pula.

Perkembangan nanoteknologi di dunia dan Indonesia

Persaingan antar negara untuk bisa menjadi leader dalam nanoteknologi pun semakin terasa. Sejak tahun 2001 sampai dengan 2013, Amerika telah mengucurkan dana besar (17,9 milyar USD) untuk pengembangan nanoteknologi melalui National Nanotechnology Initiative. Tahun 2014, Presiden Obama juga telah menganggarkan dana sebesar 1,7 milyar USD. Ini menunjukkan bahwa nanoteknologi telah menjadi program nasional di Amerika. Negara-negara di Eropa (Inggris, Jerman, Perancis, Rusia) dan Asia (Jepang, Korea Selatan, Taiwan, Cina, Israel) juga telah mengeluarkan program serupa untuk mengakselerasi riset nanoteknologi di negaranya.

Sementara itu, pengembangan nanoteknologi di Indonesia tidak kalah gaungnya. Diakui bersama bahwa Indonesia memiliki sumber daya alam mineral yang melimpah untuk digunakan sebagai bahan baku nanomaterial dan sumber energi. Sejak didirikannya Masyarakat Nano Indonesia (MNI) tahun 2005, penelitian dan pengembangan (litbang) nanoteknologi kian gencar dilakukan oleh peneliti/perekayasa baik di lembaga riset maupun universitas. Dukungan pemerintah mengalir dengan dikeluarkannya Roadmap Pengembangan Industri Berbasis Nanoteknologi oleh Kementerian Perindustrian (Kemenperin) tahun 2008. Bidang material maju yang mayoritas berbasis nanoteknologi juga menjadi salah satu bidang fokus dalam Agenda Riset Nasional (ARN) Kementerian Riset dan Teknologi (Kemenristek). Hasil survei terhadap industri juga menunjukkan bahwa 20.3% industri di Indonesia sudah menerapkan nanoteknologi, meskipun hampir 89% bahan bakunya masih impor. Kondisi di atas menunjukkan bahwa Indonesia memiliki peluang dan potensi baik secara sumber daya manusia maupun stackholder untuk melakukan pengembangan nanoteknologi untuk mengatasi permasalahan di masyarakat.

  

Inovasi nano teknologi di Indonesia

Dalam menciptakan inovasi di bidang nanoteknologi, peneliti Indonesia tidak kalah dengan peneliti asing. Beberapa karya inovasi teknologi nano di Indonesia dipamerkan dalam R&D Ritech Expo 2010. Pameran yang berakhir Minggu (22/8) itu menampilkan sekitar 28 produk inovasi teknologi nano karya anak bangsa.

Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT), misalnya, menampilkan plastik pengemas dan komponen elektrolit padat pada fuel cell yang dibuat dari komposit nano berbahan polimer. Bahan pengemas ini kedap air dan udara, sedangkan pada elektrolit pengantaran panas dan listriknya jauh lebih baik.

Sementara itu, peneliti di Balai Besar Bahan dan Barang Teknik Kementerian Perindustrian (B4T Kemperin) berhasil membuat cat dari precipitated calcium carbonate (PCC) berskala nano. Penggunaan cat PCC membuat konstruksi bawah laut tahan gores, tahan kabut garam, dan sangat kedap air.

Sedangkan nanosilika yang dibuat Nurul Taufiqu Rochman dari Pusat Penelitian Fisika Terapan Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI), ketika dicampur semen dapat menghasilkan beton yang berkekuatan dua kali kekuatan beton biasa.

Aplikasi nanomaterial juga dilakukan Andrea Marisi Dame Siahaan dari B4T Kemperin. Ia membuat lapisan penyebar (difuser) cahaya untuk lampu LED dari paduan senyawa nano BCNO (Boron Carbon Nitrogen Oxigen). Dengan pelapis nano ini, tingkat pencahayaan lampu LED berdaya 6 watt bisa menyamai lampu pijar 60 watt.

Nanomagnet juga tengah dirancang untuk sistem pembangkit listrik tenaga mikrohidro berkapasitas 5 kilowatt. Kepala Balai Besar Logam dan Mesin (BBLM) Kemperin Muhammad Firman memperkirakan, dalam dua tahun, nanomagnet sudah dapat diterapkan pada sistem tersebut. Nanomagnet akan memperkecil setengah diameter turbin, tetapi berkapasitas sama.

Sementara itu, material nano sudah berhasil disusupkan pada produk komersial yang dihasilkan industri nasional, antara lain pada layar kristal TV, sensor, tekstil, kosmetik, obat, dan makanan. Pada kosmetik, ada pelembab berbahan nanosel. Unsur nano ini dapat menutup keriput lebih baik dan mencerahkan wajah.

Mesin penggiling

Untuk menghasilkan semua material dan komponen berskala nano itu, kuncinya adalah pada mesin penggiling material. Mesin pembuat partikel nano, antara lain, dibuat peneliti di BBLM Kemperin dan Pusat Penelitian Fisika Terapan LIPI.

Mesin pembuat material nano karya Nurul Taufiqu Rochman dari LIPI kemudian mendorong berdirinya PT Nanotech Indonesia untuk memproduksi karya inovasi ini. Mesin ini hanya menggunakan daya sekitar 12 persen dari mesin sejenis. Mesin yang disebut high energy milling (HEM) itu dipesan Universitas Kebangsaan Malaysia untuk keperluan riset dan pengembangan lebih lanjut.

”Dengan mesin ini, Indonesia berpeluang menjadi pemasok material nano di pasar global karena memiliki bahan baku tambang yang melimpah,” ujar Nurul yang juga Ketua Umum Masyarakat Nano Indonesia. Inovasi ini juga memberikan keuntungan besar.

Menghaluskan pasir besi menjadi partikel nano, misalnya, dapat meningkatkan nilai tambahnya 4.000 kali. Tingginya kebutuhan mineral pasir besi ukuran nano karena beragam manfaatnya, yaitu sebagai beton berkekuatan tinggi, bahan sensor, membran, dan toner printer.

Kurang diminati

Saat ini inovasi nanoteknologi mulai banyak digunakan industri di Indonesia. Berdasarkan survei yang dilakukan Masyarakat Nano Indonesia, dari 40 industri yang bergerak di bidang tekstil, keramik, elektronik, dan kimia, ada sekitar 38 persen yang telah memanfaatkan material dan mesin berteknologi nano. Namun, sayangnya sekitar 90 persen merupakan produk impor.

Menteri Riset dan Teknologi Suharna Surapranata menyayangkan kenyataan itu. Padahal, peneliti Indonesia telah menghasilkan beragam karya inovasi nanoteknologi. Untuk mengatasi hal ini, Kemenristek akan meningkatkan sinergi dan intermediasi dengan pihak terkait agar terjadi difusi nanoteknologi di industri.

Manfaat Nanoteknologi bisa diaplikasikan dalam kehidupan kita sehari-hari

Aplikasi yang memanfaatkan sifat-sifat ini adalah:
1. Efek Interface/antarmuka
a.    Efek Lotus.
Lotus adalah tanaman yang daunnya mempunyai daya tolak yang tinggi terhadap air dan minyak. Permukaan daunnya mengandung gabungan antaran crystal lilin dengan kekasaran mikro dan nano. Gabungan struktur dan kimia ini menyebabkan permukaan daun lotus mempunyai properti yang unik. Larutan yang sangat lengket maupun yang sangat viskos tetap tidak menempel pada permukaan daun. Nanoteknologi dapat digunakan untuk meniru efek ini sehingga bisa digunakan untuk keperluan teknologi.
b.    Mudah untuk di bersihkan.
Masalah kontaminasi permukaan adalah penyebaran ketika berhadapan pada permukaan yang mempunyai energy yang tinggi seperti gelas dan metal yang mempunyai tendensi untuk menyerap molekul lain. Strategi yang umum digunakan adalah dengan mengurangi energy bebas permukaan tanpa mempengaruhi property material nya. Secara umum tingkat repelancy air dan oli meningkat pada saat sudut kontak air diatas 100o. Fenomena ini bisa ditemui pada Teflon dimana air tidak bisa terikat pada permukaannya. Pendekatan baru adalah dengan menggunakan nanokomposit organic/inorganic yang mempunyai property seperti Teflon.
c.    Anti-Graffiti.
Masalah utama pada plaster, batu bata dan beton adalah kekuatan penyerapannya yang merupakan media yang sangat bagus untuk graffiti. Metode umum yang digunakan untuk memecahkan masalah ini adalah dengan menggunakan poly-urethane coating yang memberikan perlindungan permanen dan menghentikan cat dari permeasi kedalam beton. Ini dapat mengandung dua komponen yang bereaksi setelah penggunaan langsung pada dinding. Segala macam graffiti yang menempel pada permukaan coating akan dapat dihilangkan dengan mudah. Tetapi masih sedikit tentang nano yang digunakan untuk ini.
d.    Anti microbial coating.
Untuk melawan bakteri dan microbial lainnya, bahan kimia tertentu biasa digunakan. Ada dua pendekatan yang bisa digunakan untuk sanitasi permukaan yaitu pertama dengan menggunakan aktivitas fotokatalitik titanium oksida atau yang kedua dengan menggunakan toksifitas metal kation tertentu seperti perak. Perak telah lama diketahui sebagai anti microbial dengan cara melepaskan ion perak yang akan diambil oleh mikroba dan memberikan efek toksik. Pendekatan modern yaitu dengan mendispersikan perak pada ultra lembut nanopartikel. Peningkatan yang pesat pada luas permukaan akan menambah kemampuan sanitasi perak.
e.    Anti-fingerprint.
Permukaan metal seperti stainless steel akan mudah ternodai dengan sentuhan dari jari tangan sehingga akan mengurangi tingkat reflektansi material karena adanya lemak dari kulit. Meskipun pengaruh deposisi sidik jari tidak dapat dihindari, tetapi pelapisan dengan anti-fingerprint akan mengurangi tingkat penampakannya dengan mengkamuflasekannya. Refraktive index dari lapisan pelindung akan cocok dengan lemak. Sehingga anti fingerprint coating akan tampak lebih gelap bila tanpa coating.
f.    Anti-fog.
Membawa permukaan dingin ke lingkungan yang hangat akan menyebabkan terjadinya fogging. Pengaruh ini tak dapat dihindari meskipun permukaan telah dipanasi. Ini karena terbentuknya droplet yang sangat kecil pada permukaan cermin yang menyebabkan permukaan cermin menghamburkan cahaya dan bayangan. Suoerhidrophylic coating dapat mencegah terbentuknya droplet pada permukaan. Droplet akan bergabung membentuk lapisan tipis sehingga tidak mempengaruhi tingkat reflektansinya. Coating TiO2 adalah super hydrophilic pada saat terekspos pada cahaya UV yang cukup.
g.    Corrosion protection.
Baja pada manufaktur otomotif secara umum di heat treated pada temperature yang sangat tinggi. Hal ini akan menyebabkan baja terkorosi. Untuk memcegah korosi ini, coating dengan nanopartikel bisa dilakukan.
h.    Wear and tear protection.
Reduksi wear dan tear pada permukaan dengan kontak mekanik dapat dilakukan dengan mengurangi kontak atau memperkuat permukaan dengan coating. Koefisien friksi dapat dikurangi dengan pelapisan diamond like carbon coating.
i.    Scratch resistance.
Nanoparticles keras seperti silicon dioksida dapat digunakan untuk membuat permukaan anti gesek. Sebagai contoh mereka dapat dicampur dengan matrix organic untuk meningkatkan anti gesek pernis.
j.    Diffusion barrier.
Digunakan pada PET botol untuk menyimpan bir sehingga memperpanjang masa kadaluarsanya. Permeabilitas oksigen yang tinggi akan menyebabkan masa kadaluarsa yang pendek.
k.    Tensile strength / impact strength
Penambahan nanoparticles akan meningkatkan kekuatan tarik dan impact nya. Hal ini dapat dilihat pada penambahan karbon nanotube.
l.    Flame retardancy.
Nanoadditive dapat berfungsi sebagai flame retardancy pada polymer sehingga bisa menambah fungsi dari flame retardants.
m.    Konstruksi yang ringan.
Dengan mengurangi berat tetapi menambah kekuatan mekanisnya adalah tujuan yang umum untuk membuat material baru. Pada tataran ini, alloy nano merupakan material yang menjanjikan. Cara lain adalah dengan menambahkan carbon fiber pada polymer.
n.    Insulation.
Prinsip insulasi adalah berdasar pada porositas setinggi mungkin. Material harus mempunyai thermal conductivity yang rendah dan aliran bebas udara tidak diperkenankan. Semakin rendah densitasnya, semakin banyak udara yang masuk dan semakin bagus insulasinya. Dalam hal ini nanoporus memberikan properties yang superior. Silica aerogel adalah material yang mempunyai thermal konduktivity yang paling rendah dengan density yang kecil.
o.    Bond and disband of command
Pengeleman menjadi sangat penting pada proses produksi sekarang. Dengan menggunakan nanopartikel magnetic, proses pengeleman dapat dilakukan dengan memberikan medan elektromagnetik yang akan menyebabkan magnetic nanopartikel bergerak sehingga memberikan panas local yang berguna untuk pengeleman.
p.    Self-cleanig surfaces/photocatalitic surfaces.
Titani dapat digunakan untuk keperluan ini. Titania mempunyai 3 fase yang berbeda yaitu anatase, rutile dan brookite. Hanya dua material didepan yang biasa digunakan untuk aplikasi yang berbeda-beda. Anatase biasa digunakan untuk fotokatalis dan rutil digunakan untuk pigmen putih.
q.    UV protection.
TiO2 dan ZnO merupakan UV filter yang bagus.
r.    Sealing/dumping.
Memagnetkan fluida adalah sangat tidak mungkin, tetapi nanopartikel magnetic dapat didispersikan pada solvent menghasilkan suspensi magnetic.
s.    Dynamic viscosity/Thixotropy.
Nanopartikel dapat digunakan untuk mempengaruhi viskositas fluida. Digunakan untuk beberapa aplikasi seperti cat dimana viskositas yang lebih rendah diinginkan
2.    Quantum-mechanical effects.
a.    Tunneling effect.
Tunneling effect ternadi pada saat material yang sangat kecil mempenetrasi barrier dengan menggunakan forbidden energy state klasik. Quantum mekanikal effect ini berdasar pada fakta bahwa partikel seperti electron harus dianggap sebagai gelombang daripada partikel bulat yang sangat kecil. Dengan menggunakan effect tunneling, alingan listrik akan mengalir melalui barier isolasi tipis pada saat tegangan diaplikasikan. Effect ini digunakan pada flash memory.
b.    GMR and TMR effect.
Giant magneto resistance (GMR) adalah berdasar pada scattering dependansi spin electron melalui lapisan ferromagnetic. TMR sama dengan GMR tetapi TMR menggunakan lapsan spacer sangan tipis non kondukting.
c.    Flourencensce nanoparticles.
Warna adalah pengaruh dari pewarna. Tetapi nanopartikel bisa memberikan warna yang lain. Emas nanopartikel membuat warna kemerah2an. Warna dari nanoparticles sangat stabil sehingga terhindar dari pelunturan. Semikonduktor tertentu dapat memberikan warna dari biru sampai kemerah2an yang dinamakan quantum dots.

ETIKA DALAM PENERAPAN NANOTEKNOLOGI

Perkembangan nanoteknologi pada saat ini terus berkembang seiring dengan sejalannya waktu. Nanoteknologi akan terus mengalami kemajuan karena manusia akan selalu berpikir kritis dan kreatif untuk menciptakan nanoteknologi.
Semakin berkembangnya nanoteknologi maka semakin diperlukannya penerapan etika dalam perkembangan nanoteknologi. Etika dalam nanoteknologi mencakup penerapan standar-standar etika dalam pemilihan, perencanaan, penerapan, dan pengawasan teknologi untuk mencegah terjadinya kegagalan teknologi yang merugikan kepentingan publik. Selain itu, dengan adanya etika atau suatu langkah yang benar dalam menciptakan nanoteknologi, manusia dapat mempertimbangkan keputusan yang diambil dan berfikir dampak negative yang akan ditimbulkan sehingga tidak merugikan banyak pihak.
Pada saat ini banyak para ahli science yang menciptakan nanoteknologi hanya berorientasi pada kebutuhan industri tanpa pernah peduli akibat dari teknologi yang mereka gunakan di masyarakat. Berikut ini merupakan contoh dari tidak diterapkannya etika dalam menciptakan nanoteknologi ialah cloning dan suntik mati.
Standar etika sangat diperlukan bagi scientist dalam membuat keputusan agar tidak mengakibatkan masalah yang merugikan banyak pihak.