Ketika mendengar kata spaghetti, kebanyakan dari kita membayangkan hidangan khas Italia dengan saus tomat dan keju yang menggugah selera. Bayangkan seutas spageti yang begitu tipis hingga hanya dapat dilihat melalui mikroskop—begitulah gambaran dari nanopasta, inovasi material terbaru yang berhasil dibuat oleh para ilmuwan dari University College London (UCL). Dengan memanfaatkan teknologi electrospinning, tim peneliti ini telah mengubah tepung terigu, bahan makanan yang sederhana, menjadi nanofiber ultra-tipis yang memiliki potensi luar biasa. Tidak hanya menjadi makanan revolusioner, tetapi juga menjanjikan solusi ramah lingkungan untuk berbagai kebutuhan industri. Pada era ketika krisis lingkungan mendorong pencarian bahan alternatif berkelanjutan, nanopasta menawarkan jalan baru yang menggabungkan sains, teknologi, dan kepekaan ekologis. Sebagai serat nanofiber, material ini tidak hanya terurai secara hayati, tetapi juga membuka pintu menuju inovasi baru di bidang pengemasan makanan, filtrasi, hingga biomedis. Artikel ini akan mengupas mekanisme pembuatannya, potensi aplikasinya, hingga tantangan yang dihadapi untuk membawa nanopasta ke panggung dunia.
Apakah mungkin bahwa “spaghetti tertipis di dunia” ini akan menjadi kunci masa depan material berkelanjutan? Mari kita telaah lebih jauh.
Apa Itu Nanopasta?
Nanopasta adalah nanofiber yang terbuat dari tepung terigu menggunakan teknik electrospinning. Dalam proses ini, larutan tepung terigu ditempatkan di dalam alat khusus yang menghasilkan medan listrik tegangan tinggi. Medan listrik ini menarik larutan hingga membentuk serat-serat tipis dengan diameter nano (sekitar 50-200 nanometer). Struktur serat ini menyerupai spaghetti ultraminiatur yang tidak dapat dilihat oleh mata telanjang.
Penelitian yang dipublikasikan dalam Nanoscale Advances oleh Britton et al. (2024) menunjukkan bahwa tepung terigu, bahan yang murah dan tersedia melimpah, memiliki potensi besar sebagai material dasar untuk teknologi modern.
Mekanisme Electrospinning: Rahasia di Balik Nanopasta
(a) Skema sintesis tepung terigu dengan diagram pemecahan struktur pati awal menjadi rantai bebas, dengan jalinan berikutnya saat pendinginan, disertai foto-foto digital. (b) Skema proses pemintalan elektro. (c) Foto-foto digital (i) lembaran nanofiber hasil electrospinning, (ii dan iii) lembaran nanofiber yang ditekuk untuk menunjukkan fleksibilitas dan sifat berdiri bebas. [2]
Electrospinning adalah teknik canggih untuk menghasilkan serat dengan diameter nano dari larutan polimer. Proses ini memanfaatkan gaya elektrostatik untuk menarik larutan menjadi serat yang sangat tipis. Berikut adalah penjelasan mekanisme langkah demi langkah:
1. Persiapan Larutan
Larutan tepung terigu dibuat dengan mencampurkan tepung dengan pelarut (biasanya air atau campuran pelarut organik). Tepung dipilih karena kandungan proteinnya (gluten) memberikan sifat viskoelastis yang mempermudah pembentukan serat.
2. Proses Electrospinning
Larutan dimasukkan ke dalam syringe pump (pompa jarum suntik). Tegangan tinggi diaplikasikan antara ujung jarum suntik dan kolektor. Tegangan ini menciptakan medan listrik yang sangat kuat.
3. Pembentukan Serat Nano
Gaya elektrostatik menarik larutan dari ujung jarum menjadi tetesan kecil, yang kemudian berubah menjadi serat akibat efek gaya tarik dan penguapan pelarut. Serat-serat ini dikumpulkan pada permukaan kolektor yang berlawanan muatan listriknya.
4. Karakterisasi Nanofiber
Setelah terbentuk, nanofiber dianalisis menggunakan mikroskop elektron untuk mempelajari struktur, diameter, dan sifat mekaniknya.
Proses Penelitian di UCL
Dalam studi ini, tim peneliti UCL, yang dipimpin oleh Britton et al., menggabungkan pendekatan ilmiah modern dengan bahan tradisional. Penelitian dimulai dengan menyiapkan larutan tepung terigu yang dioptimalkan untuk electrospinning. Pelarut organik yang digunakan di sini adalah asam format. Asam format dapat membantu melarutkan komponen biomaterial, meningkatkan konduktivitas larutan, serta mengawetkan struktur pati dengan cara mencegah degradasi protein dan pati selama proses.
Setelah proses pembentukan serat selesai, para ilmuwan menganalisis sifat fisik dan kimianya, seperti kekuatan mekanik, morfologi serat, dan kemampuan biodegradasi. Hasilnya menunjukkan bahwa nanopasta memiliki struktur serat yang seragam dengan sifat mekanik yang memadai untuk berbagai aplikasi praktis. Lebar nanopasta ini hanya 372 nanometer (sepersejuta meter). Penelitian ini menyoroti bahwa bahan sederhana seperti tepung terigu dapat menjadi solusi inovatif untuk kebutuhan material masa depan.
Perbandingan “Spaghetti” pada umumnya dengan Nanopasta ditinjau dari ukurannya [2]
Keunggulan Nanopasta
Nanopasta bukan sekadar inovasi menarik, tetapi juga menawarkan berbagai keunggulan, diantaranya sebagai berikut :
1. Biodegradabilitas
Dibuka dari bahan alami, nanopasta dapat terurai secara hayati, sehingga menjadi alternatif yang ramah lingkungan dibandingkan plastik sintetis.
2. Ekonomis dan Melimpah
Tepung terigu adalah bahan yang murah dan tersedia luas di seluruh dunia sehingga menjadikannya kandidat ideal untuk produksi nanofiber.
3. Fleksibilitas Aplikasi
Nanopasta memiliki sifat mekanik dan kimia yang dapat dimodifikasi untuk memenuhi kebutuhan berbagai bidang, mulai dari kesehatan hingga agrikultur.
Potensi Aplikasi Nanopasta
1. Bidang Kesehatan dan Biomedis
- Scaffold Rekayasa Jaringan: Nanofiber dapat menjadi kerangka untuk pertumbuhan sel dan jaringan dalam terapi regeneratif.
- Pembalut Luka: Struktur pori-porinya memungkinkan sirkulasi udara sambil melindungi luka dari infeksi.
2. Pengemasan Ramah Lingkungan
Nanopasta dapat digunakan untuk membuat pembungkus makanan yang biodegradable, menggantikan plastik sekali pakai. Dengan penambahan bahan antimikroba, material ini dapat memperpanjang umur simpan makanan.
3. Sistem Filtrasi Udara dan Air
Nanofiber dengan struktur serat tipis dan pori-pori kecil efektif untuk menyaring polutan dan partikel mikro, termasuk mikroplastik dalam air.
4. Agrikultur Berkelanjutan
Nanopasta bisa menjadi media pelepasan nutrisi atau pestisida secara perlahan, mengurangi limbah bahan kimia dan meningkatkan efisiensi dalam budidaya tanaman.
5. Material Komposit untuk Industri
Nanopasta dapat digunakan untuk memperkuat material komposit ringan, menjadikannya solusi dalam industri otomotif dan konstruksi.
Tantangan dan Masa Depan Nanopasta
Meski menjanjikan, teknologi ini masih menghadapi beberapa tantangan:
- Produksi Massal: Proses electrospinning saat ini masih terbatas pada skala laboratorium dan perlu dioptimalkan untuk produksi industri.
- Stabilitas Material: Karena berbahan dasar organik, stabilitas nanofiber dalam kondisi tertentu perlu ditingkatkan.
- Kolaborasi Multidisiplin: Pengembangan lebih lanjut membutuhkan kolaborasi antara ilmuwan material, ahli biokimia, dan industri.
Namun, para peneliti optimis bahwa dengan inovasi teknologi dan dukungan investasi, nanopasta dapat diimplementasikan dalam skala besar untuk berbagai aplikasi.
Kesimpulan
Nanopasta bukan hanya inovasi menarik dari dapur laboratorium UCL, tetapi juga langkah nyata menuju masa depan material yang lebih berkelanjutan. Dengan mengubah bahan sederhana seperti tepung terigu menjadi nanofiber multifungsi, para ilmuwan membuka peluang besar dalam berbagai sektor.
Inovasi ini adalah bukti bahwa solusi untuk tantangan global, seperti limbah plastik dan keberlanjutan lingkungan, dapat ditemukan dari bahan-bahan sederhana yang ada di sekitar kita. Masa depan yang lebih hijau kini terasa semakin dekat berkat “spaghetti tertipis di dunia.”
Referensi
[1] https://www.ucl.ac.uk/news/2024/nov/chemists-create-worlds-thinnest-spaghetti diakses pada 26 November 2024
[2] Britton, B., Zhang, F., Anthony, D. B., Reyes, C. I. D. L., Pawlus, M., Williams, G. R., & Clancy, A. J. (2024). Nanopasta : Electrospinning nanofibers of white flour. Nanoscale Advances. https://doi.org/10.1039/D4NA00601A
[3] https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241121141211.htm diakses pada 26 November 2024
[4] https://www.nanoscience.com/techniques/electrospinning/ diakses pada 26 November 2024