Seperti yang kita tahu, bersilaturahmi adalah hal yang sangat baik karena dapat memperkuat tali persaudaraan antara umat manusia. Bertamu mengunjungi rumah-rumah kerabat merupakan salah satu cara manusia menjalin tali silaturahmi antar satu sama lain. Tidak hanya manusia yang melakukannya, ternyata molekul-molekul yang sangat kecil juga bisa “bertamu” ke molekul lain. Hal ini disebut dengan interaksi inang-tamu (host-guest interaction / HGI).
Apa Itu Host-Guest Interaction (HGI)?
Host-guest interaction merupakan interaksi antara dua atau lebih molekul atau ion yang terjadi secara non-kovalen dan bersifat reversibel. Disebut host dan guest karena rongga yang dimiliki oleh molekul inang (host) dapat ditempati oleh molekul tamu (guest) [1].
Berbeda dengan ikatan kovalen yang lebih stabil karena melibatkan penggunaan elektron bersama, interaksi non-kovalen cenderung lebih dinamis. Beberapa jenis interaksi non-kovalen yang umum terdapat pada HGI adalah van der Waals, elektrostatik, ikatan hydrogen, hidrofobik, dan CH-π. [2]
Interaksi antar molekul tamu dan molekul inang dapat diatur dengan mudah menggunakan rangsangan eksternal seperti cahaya, kadar garam, pH, temperatur, dan muatan listrik. Dengan demikian, HGI ini dapat dimanfaatkan untuk berbagai hal seperti pengantar obat (drug delivery), material yang dapat memperbaiki dirinya sendiri (self-healing), sensor, katalis, dan lain-lain. [2]
Beberapa Jenis Molekul Inang
Senyawa yang dapat menjadi molekul inang sangat beragam, salah satu yang mudah ditemukan secara alami adalah porphyrin. Klorofil dan hemoglobin merupakan contoh kompleks antara porphyrin dengan molekul tamu berupa ion [3]. Sementara itu, sistem HGI sintesis pertama kali dikenalkan pada tahun 1967 oleh Charles J. Pedersen, seorang peraih Hadiah Nobel Kimia 1987. Senyawa yang disintesis saat itu adalah crown ether, suatu makrosiklik yang dapat memerangkap kation logam alkali secara selektif [2].
Sementara itu, molekul inang yang umum digunakan untuk memerangkap senyawa organik adalah siklodekstrin, yang merupakan turunan pati dan diproduksi secara enzimatis. Siklodekstrin akan membentuk kompleks inklusi dengan molekul hidrofobik yang akan terperangkap dalam bagian dalam siklodekstrin melalui interaksi van der Waals [3].
Selain ketiga contoh di atas, beberapa contoh molekul inang lain adalah sebagai berikut.
Beberapa molekul inang memiliki bentuk yang menarik. Seperti misalnya siklodekstrin yang memiliki bentuk seperti toroid dan cucurbituril yang menyerupai labu.
Contoh Penerapan
Karena berbagai keunggulannya, terutama dalam hal responsivitas terhadap rangsangan luar dan kemudahan pembuatan, HGI seringkali dimanfaatkan dalam penelitian dan pengembangan berbagai hal, antara lain sebagai berikut.
1. Pengantar Obat
Beberapa obat sulit larut dalam air karena bersifat hidrofobik. Sistem HGI dapat digunakan dengan menyelubungi molekul hidrofobik tadi dengan molekul inang yang memiliki bagian dalam hidrofobik namun bagian luar hidrofilik. Dengan demikian, obat akan lebih mudah masuk ke dalam tubuh kita. Senyawa obat tersebut akan terlepas di dalam tubuh ketika kondisinya sesuai, misal ketika berada pada pH yang cocok. [3]
Selain untuk meningkatkan kelarutan, sistem HGI dapat digunakan pula untuk menangkal racun. Molekul inang akan memerangkap senyawa racun dan mencegah racun berinteraksi lebih lanjut dengan tubuh. Beberapa molekul tamu yang banyak diteliti dan dikembangkan sebagai penangkal racun antara lain adalah turunan siklodekstrin dan cucurbituril [4].
2. Material Self-Healing
Kemampuan material untuk memperbaiki dirinya sendiri dapat memperpanjang masa pakai material tersebut dan meminimalisasi timbulan sampah. Dengan demikian, material yang seperti ini memiliki daya tarik tersendiri. Pada material dengan sifat demikian, biasanya HGI digunakan sebagai “kait” antara satu bagian material dengan bagian lainnya. Ketika suatu material tergores atau terpotong, maka “kait” ini akan menyatukan kembali bagian-bagian material tersebut sehingga material akan bersatu kembali.
Penyatuan kembali material ini dapat terjadi secara langsung maupun dipicu dengan reaksi tertentu, misalnya reaksi redoks. Apabila gugus inang hanya dapat menerima gugus dengan bilangan oksidasi tertentu, maka proses penyatuan dapat dimulai dengan mengaplikasikan larutan oksidator ataupun reduktor pada material. Pada Gambar 3., material hanya akan bersatu apabila ditambahkan zat pereduksi, namun tidak apabila ditambahkan sebaliknya. [5]
3. Remediasi
HGI dapat pula digunakan untuk mengatasi pencemaran, terutama pencemaran yang diakibatkan logam berat. Salah satu cara yang umum digunakan untuk menghilangkan polutan adalah dengan adsorpsi. Namun, seringkali material yang digunakan kurang selektif terhadap ion logam.
Untuk itu, beberapa penelitian memodifikasi adsorben dengan molekul crown ether. Sesuai dengan namanya, molekul ini berbentuk seperti mahkota (crown). Crown ether dapat mengikat ion logam dengan lebih baik. Salah satu contohnya adalah modifikasi silika dengan turunan crown ether. Material ini dapat mengadsorpsi Zn(II) dan Cr(IV) pada pH tertentu secara selektif dengan lebih baik daripada silika yang tidak dimodifikasi. [6]
Penutup
Sebagaimana silaturahmi dapat mengakrabkan hubungan antarmanusia, sistem HGI dapat digunakan untuk meng-“akrab”-kan antara dua molekul atau molekul dengan ion tanpa melalui ikatan kovalen. Sifat unggulnya membuatnya memiliki potensi yang besar dalam berbagai bidang, tak terkecuali medisinal, material, dan lingkungan. Meskipun ilmu mengenai sistem host-guest interaction ini masih terhitung baru, namun potensinya yang sangat luas menjadikannya sangat menarik untuk dikembangkan.
Referensi
[1] Mejuto, J. C. & Simal-Gandara, J. (2022). Host–Guest Complexes. Int. J. Mol. Sci., 23(24), 15730. https://doi.org/10.3390/ijms232415730
[2] Sayed, M. & Pal, H. (2021). An overview from simple host–guest systems to progressively complex supramolecular assemblies. Phys. Chem. Chem. Phys., 23, 26085. https://doi.org/10.1039/d1cp03556h
[3] Braegelman, A. S. & Webber, M. J. (2019). Integrating Stimuli-Responsive Properties in Host-Guest Supramolecular Drug Delivery Systems. Theranostics, 9(11), 3017-3040. https://doi.org/10.7150%2Fthno.31913
[4] Yin, H., Zhang, X., Wei, J., Lu, S., Bardelang, D., & Wang, R. (2021). Recent advances in supramolecular antidotes. Theranostics, 11(3). 1513-1526. https://doi.org/10.7150%2Fthno.53459
[5] Nakahata, M., Takashima, Y., Yamaguchi, H., & Harada, A. (2011). Redox-responsive self-healing materials formed from host–guest polymers. Nat. Comunn., 2, 511. https://doi.org/10.1038/ncomms1521 [6] Yoo, J-M., Park, S. S., Yan, Y-Z., & Ha, C-S. (2021). Crown-Ether-Modified SBA-15 for the Adsorption of Cr(VI) and Zn(II) from Water. Materials, 14(17), 5060. https://doi.org/10.3390/ma14175060
[6] Yoo, J-M., Park, S. S., Yan, Y-Z., & Ha, C-S. (2021). Crown-Ether-Modified SBA-15 for the Adsorption of Cr(VI) and Zn(II) from Water. Materials, 14(17), 5060. https://doi.org/10.3390/ma14175060