Pernahkah Anda berpikir bagaimana obat-obatan yang kita konsumsi bisa diproduksi atau bagaimana energi yang kita gunakan diproses? Proses-proses ini sering kali melibatkan langkah-langkah yang memisahkan bahan-bahan penting dari campuran yang lebih kompleks. Misalnya, dalam pembuatan obat, berbagai bahan kimia harus dipisahkan untuk mendapatkan zat aktif yang bermanfaat bagi kesehatan. Begitu pula dalam industri energi, berbagai komponen harus dipisahkan untuk menghasilkan energi yang efisien. Namun, proses pemisahan ini tidak selalu mudah; sering kali memakan banyak waktu, biaya, dan berdampak buruk pada lingkungan. Baru-baru ini, sebuah penelitian dari Case Western Reserve University menawarkan pendekatan baru yang lebih cepat, lebih hemat biaya, dan lebih ramah lingkungan untuk memecahkan masalah ini.
Tantangan dalam Pemisahan Molekul
Saat ini, proses pemisahan molekul menyumbang sekitar 15% dari total konsumsi energi di Amerika Serikat, menghasilkan sekitar 100 juta ton emisi karbon dioksida setiap tahunnya, serta menambah biaya lebih dari $4 miliar per tahun. Banyak industri, seperti farmasi dan energi, bergantung pada kolom material berpori untuk memisahkan molekul yang diinginkan. Namun, penelitian terbaru mengungkapkan bahwa material berpori ini sering kali tidak berfungsi optimal karena pori-porinya tersumbat oleh penambahan polimer, yang menyebabkan proses pemisahan menjadi kurang efektif dan meningkatkan biaya produksi.
Baca juga: Inovasi Polimer Elektroaktif untuk Pemisahan Kimia Ramah Lingkungan
Penemuan Baru tentang Material Berpori
Penelitian yang dipimpin oleh Lydia Kisley dari CWRU menggunakan teknik mikroskopi molekul tunggal untuk mengamati bagaimana molekul bergerak melalui material berpori ini. Hasil yang ditemukan cukup mengejutkan. Molekul-molekul yang seharusnya melewati pori-pori material untuk dipisahkan malah hanya menempel di permukaan luar material, sementara bagian dalam material hampir tidak terpakai. Temuan ini menunjukkan bahwa proses pemisahan yang terjadi sangat tidak efisien, dan banyak bagian dari material yang seharusnya dimanfaatkan justru tidak digunakan secara maksimal.
Mikroskopi Molekul Tunggal: Menyaksikan Molekul Secara Langsung
Salah satu metode yang digunakan peneliti adalah mikroskopi fluoresensi molekul tunggal. Teknik ini menggunakan cahaya biru untuk menerangi molekul, sehingga molekul tersebut memancarkan cahaya merah. Dengan cara ini, peneliti dapat mengamati pergerakan molekul di dalam material berpori secara detail hingga pada skala nanometer (satu nanometer sama dengan satu miliar bagian meter). Teknik ini membantu mereka memahami dengan tepat apa yang terjadi selama proses pemisahan yang sering tidak efisien.
Solusi untuk Meningkatkan Efisiensi Pemisahan
Para peneliti menemukan bahwa penyumbatan pada material berpori terjadi karena adanya penambahan bahan tambahan seperti selulosa, yang membuat pori-pori tertutup dan mengurangi efektivitas proses pemisahan molekul. Dengan mengurangi jumlah bahan tersebut, pori-pori dapat terbuka kembali sehingga proses pemisahan menjadi jauh lebih efisien. Temuan ini sangat berdampak, terutama di industri farmasi, di mana proses pemisahan molekul sering kali menyumbang biaya yang sangat tinggi—bahkan bisa mencapai setengah dari total biaya pengembangan obat.
Menghemat Waktu dan Biaya dalam Pengembangan Obat
Dalam industri farmasi, satu zat aktif dalam obat sering kali harus melalui proses pemisahan molekul sebanyak 10 hingga 20 kali. Dengan menerapkan teknik baru ini, yang memungkinkan para ilmuwan untuk melihat secara langsung bagaimana molekul bergerak melalui material pemisahan, proses trial-and-error yang biasanya memakan waktu dan biaya tinggi bisa dihindari. Hal ini berarti, pengembangan obat bisa dipercepat dan sumber daya—baik waktu maupun uang—dapat dihemat karena tidak perlu lagi melakukan banyak percobaan yang tidak efisien.
Dampak bagi Berbagai Industri
Temuan ini tidak hanya menguntungkan industri farmasi, tetapi juga sektor kimia, energi, dan makanan. Dengan menggunakan teknik pemisahan molekul yang lebih efisien, biaya produksi bisa ditekan, kualitas produk ditingkatkan, dan dampak lingkungan dari proses pemisahan yang boros dapat dikurangi. Artinya, industri-industri ini dapat beroperasi dengan lebih ramah lingkungan, mengurangi penggunaan energi, dan menghasilkan emisi karbon yang lebih sedikit.
Kesimpulan
Penelitian dari Case Western Reserve University membuka peluang besar untuk meningkatkan efisiensi pemisahan molekul di berbagai sektor industri. Dengan memanfaatkan teknik mikroskopi molekul tunggal yang mampu mengamati dan memprediksi pergerakan molekul, proses pemisahan yang selama ini bergantung pada metode trial-and-error dapat digantikan dengan pendekatan yang lebih cerdas dan efisien. Jika diterapkan secara luas, temuan ini tidak hanya akan mengurangi biaya dan waktu yang diperlukan, tetapi juga membantu mengurangi dampak lingkungan yang dihasilkan oleh proses pemisahan yang tidak optimal. Ini merupakan langkah penting menuju masa depan yang lebih berkelanjutan dan hemat biaya.
Referensi:
[1] https://thedaily.case.edu/clearing-the-way-for-faster-and-more-cost-effective-molecule-separation/, diakses pada 18 Februari 2025
[2] Ricardo Monge Neria, Muhammad Zeeshan, Aman Kapoor, Tae Kyong John Kim, Nichole Hoven, Jeffrey S. Pigott, Burcu Gurkan, Christine E. Duval, Rachel A. Saylor, Lydia Kisley. Super-resolution imaging reveals resistance to mass transfer in functionalized stationary phases. Science Advances, 2025; 11 (7) DOI: 10.1126/sciadv.ads0790
