Baterai Fleksibel Berbasis Natrium Ion Berpotensi Untuk Mencegah dan Mengobati Penyakit Kanker

Saat ini, permintaan untuk perangkat elektronik yang fleksibel, wearable dan dapat ditanam pada tubuh manusia untuk keperluan medis semakin meningkat. Perangkat tersebut memerlukan baterai sebagai penyimpan energi. Baterai litium ion fleksibel dan superkapasitor fleksibel telah dikembangkan untuk wearable device. Namun, baterai litium ion dan superkapasitor tidak dapat digunakan untuk perangkat elektronik yang ditanam pada tubuh manusia karena elektrolit yang digunakan merupakan asam dan basa kuat, beracun dan flammable. Hal itu sangat berbahaya bagi tubuh manusia ketika terjadi kebocoran elektrolit. Sehingga, spesifikasi teknologi baterai untuk aplikasi perangkat elektronik yang ditanam pada tubuh manusia harus tidak beracun, fleksibel, ringan, kekuatan mekanik yang tinggi dan biocompability yang baik.

Pada bulan Agustus 2017, para peneliti dari Fudan University membuat baterai natrium ion fleksibel yang dapat dioperasikan menggunakan elektrolit larutan garam dan medium kultur sel. Baterai natrium ion sedang banyak dikembangkan sebagai alternatif pengganti baterai litium ion. Ketersediaan natrium yang melimpah dan harganya murah menjadi faktor utama pesatnya pengembangan baterai natrium ion. Prinsip kerja baterai natrium ion sama seperti prinsip kerja baterai litium ion.

Baca juga : Mengenal Baterai Natrium Ion dan Potensinya di Masa Depan

Material anoda yang digunakan adalah NaTi₂(PO₄)₃ (NTPO) dan material katoda yang digunakan adalah Na_0,44MnO₂ (NMO). Anoda dan katoda baterai tersebut dilapiskan ke dalam carbon nanotube (CNT) berbentuk sabuk 2D dan serat 1D^[1]. Penambahan CNT dapat membuat baterai natirum ion menjadi mempunyai kekuatan mekanik yang tinggi, kinerja baterai yang baik dan konduktivitas listrik yang tinggi serta fleksibel. Baterai tersebut akan diuji menggunakan tiga jenis elektrolit yaitu larutan aqueos Na₂SO_4, larutan garam (NaCl) dan medium kultur sel (DMEM). Struktur baterai natrium ion fleksibel ditunjukkan oleh Gambar 1.

Gambar 1. Struktur baterai natrium ion fleksibel yang menggunakan CNT berbentuk sabuk^[1]

Pertama, baterai natirum ion fleksibel akan diuji menggunakan larutan aqueos Na₂SO₄ 1 M. Separator yang digunakan adalah polyacrylonitrile (PAN) yang dibasahi elektrolit Na₂SO₄. Pada baterai natrium ion yang menggunakan CNT berbentuk sabuk , tegangan yang dihasilkan sebesar 1,6 V. Kapasitas spesifik yang dihasilkan sebesar 42 mAh/gram dan menurun menjadi 26 mAh/gram setelah dipakai 1000 siklus^[1]. Baterai natirum ion fleksibel tersebut memiliki nilai rapat energi sebesar 23,8 mWh/kg dan nilai rapat daya sebesar 3,8 W/cm³.^[1] Nilai tersebut lebih besar dari baterai litium ion dan superkapasitor.

Sedangkan Pada baterai natrium ion yang menggunakan CNT berbentuk serat, tegangan yang dihasilkan sebesar 1,6 V. Kapasitas spesifik yang dihasilkan sebesar 46 mAh/gram. Baterai natirum ion fleksibel tersebut memiliki nilai rapat energi sebesar 25,7 mWh/cm³ dan nilai rapat daya sebesar 0,7 W/cm^3[1]. CNT berbentuk serat sangat reaktif terhadap reaksi reduksi oksigen menjadi ion OH^–. Sehingga, elektrolit Na₂SO₄ perlu dialirkan gas nitrogen (N₂) untuk menghilangkan oksigen^[1].

Gambar 2. Struktur baterai natrium ion fleksibel yang menggunakan CNT berbentuk serat^[1]

Kedua, baterai natrium yang menggunakan CNT berbentuk sabuk  dan serat akan diuji menggunakan elektrolit larutan garam (0,9% berat NaCl) dan medium kultur sel (DMEM) yang terdiri dari asam amino, gula, vitamin dan ion natrium. Kedua elektrolit tersebut tidak bersifat toksik dan aman bagi tubuh manusia sehingga dapat diaplikasikan sebagai perangkat elektronik yang dapat ditanam pada tubuh manusia. Untuk CNT berbentuk serat, elektrolit harus dilakukan pre-treatment penghilangan oksigen dengan mengalirkan gas nitrogen.

Jika oksigen tidak dihilangkan, maka tegangan baterai natrium ion dibawah 1 V dan kapasitasnya hampir mendekati nol yang menunjukkan besarnya ireversibilitas. Kapasitas baterai natrium ion tertinggi diperoleh dengan menggunakan CNT berbentuk sabuk baik ketika menggunakan elektrolit larutan garam maupun DMEM. Tetapi, kapasitas tersebut masih lebih rendah dibandingkan dengan elektrolit Na₂SO₄. Hal itu disebabkan konsentrasi ion Na⁺ pada elektrolit Na₂SO₄ lebih banyak dibandingkan dengan elektrolit larutan garam dan DMEM^[1].

Gambar 3. Kurva discharge baterai natrium ion fleksibel menggunakan elektrolit larutan garam dan DMEM^[1]

Yonggang Wang, ketua dalam penelitian ini, menyebutkan bahwa timnya telah berhasil mengganti elektolit yang beracun dan berbahaya dengan elektrolit yang lebih aman dan sesuai dengan cairan yang ada di dalam tubuh manusia. Baterai natrium ion fleksibel tersebut digunakan pada perangkat elektronik wearable dan yang ditanam pada tubuh manusia untuk pil elektrik, pressure monitor, pengukuran konsentrasi ion dan lain-lain^[2]. Baterai natirum ion fleksibel yang menggunakan CNT berbentuk serat memiliki keunggulan ketika digunakan sebagai perangkat elektronik yang ditanam pada tubuh manusia. Keunggulan itu adalah kemampuan mereduksi oksigen menjadi ion OH^– yang disebut proses deoxygenation^[2].

Reaksi yang terjadi pada proses deoxygenation :

Anoda : Na_0,44MnO₂ —-> Na_0,44-xMnO₂ + xNa⁺ + xe^–

Katoda : H₂O + 0,5O₂ + 2e^– —-> 2OH^–

Wang menjelaskan bahwa baterai natrium ion fleksibel yang menggunakan CNT berbentuk serat dapat menghambat pertumbuhan sel kanker. Sel kanker tumbuh dengan nyaman pada kondisi asam (pH < 7) padahal pH sel darah manusia normal berada pada rentang 7,2 – 7,5^[3]. Maka dari itu, CNT berbentuk serat mampu menghambat reaksi evolusi hidrogen yang dapat meningkatkan keasaman, sehingga baterai natrium ion fleksibel yang menggunakan CNT berbentuk serat ini dapat mengkonversi oksigen menjadi ion OH^– yang menyebabkan pH di dalam tubuh menjadi sedikit basa (berada pada rentang pH normal). Ketika baterai natirum ion fleksibel ditanam pada tubuh manusia, baterai tersebut dapat digunakan untuk terapi medis dan pengamatan biologis.

Wang menambahkan bahwa kita dapat menanamkan elektroda CNT berbentuk serat pada tubuh manusia untuk mengkonsumsi oksigen, terutama untuk daerah yang sulit dijangkau oleh obat-obatan yang diinjeksi. “Deoxygenation mungkin dapat membunuh sel-sel kanker atau bakteri patogen karena mereka sangat sensitif terhadap perubahan pH”, tambah Wang^[2]. Saat ini, hal tersebut masih berupa hipotesis tetapi para peneliti berharap dapat meneliti lebih lanjut temuan ini bersama para peneliti di bidang medis dan biologi.

Gambar 4. Mekanisme proses deoxygenation^[1]

Referensi

[1] Guo, Z., Zhao, Y., Ding, Y., Dong, X., Chen, L., Cao, J., Wang, C., Xia, Y., Peng, H., Wang, Y. 2017. Multi-Functional Flexible Aqueous Sodium-Ion Batteries with High Safety. Cell Press, 3, 348-362

[2] Villaluz, K. 2017. These Flexible Batteries That Run on Salt Water Could Help Treat Cancer. Diakses dari : https://interestingengineering.com/these-flexible-batteries-run-on-salt-water-help-treat-cancer pada 21 Juli 2018

[3] Catur, M.M.S.P dan Sukohar, A. 2016. Air Alkali Terionisasi Pencegahan Termutakhir Timbulnya Kanker. Majority, 5, 74-80