MENGAPA DAPAT DIBILANG BAHWA HAL BESAR DIMASA DEPAN BERUKURAN SANGAT KECIL?

MENGAPA DAPAT DIBILANG BAHWA HAL BESAR DIMASA DEPAN  BERUKURAN SANGAT KECIL?

Bayangkan dunia komputer super cepat, televisi layar lebar murah, dan obat-obatan

yang menargetkan dan membunuh sel kanker dengan efek samping rendah. Itu hanyalah beberapa perkembangan yang mungkin muncul dari nanoteknologi, salah satu penelitian terpanas dalam bidang sains saat ini.

Nanoteknologi adalah studi dan produksi bahan dan struktur yang memiliki setidaknya satu dimensi antara 1 nm dan 100 nm, di mana satu nanometer adalah satu per satu miliar meter. Material nano dengan hanya satu dimensi ruang disebut nanolayers; jika material memiliki dua dimensi ruang disebut nanotube atau kawat nano; dan jika memiliki tiga dimensi disebut nanopartikel. Nanoteknologi adalah perusahaan multidisiplin yang berkembang pesat, meliputi bidang kimia, fisika, biologi, kedokteran, ilmu material, lingkungan sains, dan teknik. 

Untuk memahami ukuran nanomaterial yang sangat kecil, dapat dibayangkan bahwa 1 nm adalah lebar empat atom H yang diletakkan berdampingan, seperseribu panjang Bakteri umumnya, dan sekitar 50.000 kali lebih kecil dari diameter rambut manusia. Karena ukurannya yang kecil, nanopartikel memiliki sifat yang unik. Mereka cenderung memilikinya titik leleh yang lebih rendah, warna yang berbeda, dan reaktivitas yang lebih besar daripada material aslinya. Misalnya saja nanopartikel emas berwarna merah dan reaktif secara kimia, sedangkan logam aslinya berwarna kuning dan tidak mudah bereaksi. Titik leleh yang lebih rendah dan reaktivitas nanopartikel yang lebih besar dihasilkan karena persentase substansial dari atom dalam nanopartikel berada di permukaan dan karena atom terikat kurang erat daripada yang di dalam padatan aslinya; untuk partikel berukuran 5 nm, sekitar 30% atom berada di permukaan.

Karena nanopartikel memiliki dimensi menengah antara atom tunggal dan padatan aslinya, maka nanopartikel memiliki sifat elektronik menengah juga. Ingat bahwa atom dan molekul kecil memiliki tingkat energi yang berbeda dan terkuantifikasi sedangkan logam padat dan semikonduktor memiliki tingkat energi berupa pita lebar. Perbedaan ini muncul karena elektron dalam atom terbatas pada volume yang sangat kecil sedangkan dalam padatan mereka terdelokalisasi di seluruh kristal. Untuk nanopartikel padat, jarak antara tingkat energi meningkat seiring ukuran partikel menurun.

Efek elektronik yang luar biasa mencolok terlihat pada kuantum dot, semikonduktor nanopartikel berdiameter sekitar 1–10 nm dan hanya berisi ratusan hingga sepuluh ribu atom. Ketika sebuah quantum dot diiradiasi dengan sinar ultraviolet, maka akan memancarkan cahaya tampak yang memiliki panjang gelombang yang bergantung pada ukuran nanopartikel. Misalnya, partikel 3 nm cadmium selenide memancarkan cahaya hijau pada 520 nm, sedangkan partikel 5,5 nm dari senyawa yang sama memancarkan cahaya merah pada 620 nm. Seluruh warna pelangi dapat dipancarkan oleh nanopartikel berukuran berbeda dari satu senyawa, dengan panjang gelombang cahaya yang dipancarkan menurun dari merah ke bagian ungu dari spektrum sebagai ukuran partikel menurun. Warna, dihasilkan karena transisi elektronik. Ketika kuantum dot diradiasi dengan sinar ultraviolet, elektron pada pita valensi tereksitasi ke tingkat energi dalam pita konduksi. Selanjutnya, elektron mengalami transisi dari bagian bawah pita konduksi ke atas pita valensi. Transisi ini menghasilkan foton sinar tampak yang memiliki energi kurang lebih sama dengan celah pita. Semakin kecil partikel, semakin besar celah pita dan semakin besar pergeseran warna cahaya yang dipancarkan dari merah ke violet. Karena sifat optiknya yang khas, kuantum dot mungkin banyak aplikasi. Misalnya, permukaan kuantum dot dapat dimodifikasi secara kimia dengan mengikatkan suatu molekul organik yang menargetkan dan mengikat ke biomolekul tertentu, seperti DNA atau protein. kuantum dot yang dimodifikasi adalah ribuan kali lebih kecil dari sel manusia dan mampu menembus membran sel. Ketika mereka terikat ke biomolekul dan diiradiasi dengan sinar ultraviolet, mereka berfungsi sebagai fluorescent probe, atau label, untuk biomolekul khusus itu, dengan warna cahaya yang dipancarkan tergantung pada ukuran kuantum dots. Dengan demikian, penyinaran dengan sumber cahaya tunggal dari campuran kuantum dots yang memiliki ukuran yang berbeda dan permukaan modifikasi yang berbeda memungkinkan deteksi simultan, pelacakan, dan pencitraan warna dari berbagai biomolekul yang berbeda dalam sel. 

Selain itu kuantum dots secara komersial digunakan untuk aplikasi biomedis. Beberapa jenis nanopartikel, termasuk kuantum dots, sedang diteliti sebagai senjata potensial dalam perang melawan kanker. Misalnya, nanopartikel bisa dimodifikasi dengan melampirkan antibodi yang menargetkan dan mengikat reseptor yang ditemukan di luar membran sel kanker tetapi memiliki sedikit afinitas untuk membran sehat sel. Karena ukurannya yang kecil, nanopartikel dapat masuk ke bagian dalam kanker sel-sel melalui membran sel. Keterikatan sebelumnya nanopartikel pada magnetic resonance imaging (MRI), seperti ion paramagnetik Gd3+ dapat meningkatkan kualitas gambar MRI dan memungkinkan kanker dideteksi sejak awal dan tentunya lebih mudah untuk disembuhkan.

Meskipun aplikasi pada kanker manusia masih di masa depan, aplikasi nanopartikel berteknologi rendah sudah ada. Misalnya, nanopartikel oksida logam secara luas digunakan dalam tabir surya dan kosmetik, kain tahan noda, cat anti-kotoran, dan pelapis untuk self-cleaning windows Karbon nanotube digunakan sebagai batang penguat dalam material komposit, dan nanopartikel emas efektif sebagai katalis oksidasi yang sangat selektif.

 

 

 

 

 

 

 

John Mc Murry, General Chemistry, 4th Edition

Zhumdahl, Chemistry, 8th Edition