Sains & Teknologi

Kerang Menginspirasi Teknologi Baru Pemurnian Air dan Pembersihan Tumpahan Minyak

Durasi Baca: 3 menit

Kerang terkenal karena dapat merusak lambung kapal, tetapi sifat perekat kerang ini memiliki aplikasi rekayasa yang luas, para ilmuwan di China dan Amerika Serikat menulis dalam ulasan yang diterbitkan di jurnal Matter. Mereka mengatakan bahwa kimia benang kerang menginspirasi inovasi teknik yang mengatasi berbagai masalah, mulai dari membersihkan tumpahan minyak hingga mengolah air yang terkontaminasi.

Benang byssal, seperti yang terlihat pada kerang ini, dilindungi dari kerusakan abrasif oleh lapisan keras dan menonjol yang diisi dengan besi. Kredit: Matthew Harrington

Kerang menahan arus yang kuat dan gelombang yang kuat dengan menempelkan diri mereka pada batu menggunakan kelompok-kelompok benang byssus tipis yang sangat kuat. Benang-benang ini mendapatkan daya rekatnya pada gugus asam amino yang disebut dihydroxyphenylalanine (DOPA), yang melekat pada permukaan dengan melakukan serangkaian reaksi molekuler, termasuk ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik dan elektrostatik .

Reaksi Kimia Terinspirasi Kerang dan Potensi Aplikasinyadalam Remediasi Air. Sumber: Matter

Para ilmuwan telah menemukan bahwa DOPA dapat mengikat semua jenis substrat padat melalui interaksi ini — dan demikian juga dopamin, molekul dengan struktur yang mirip dengan DOPA. Penelitian menunjukkan bahwa dopamin dapat membentuk lapisan universal pada beragam substrat yang memacu pertumbuhan kimia yang diilhami kerang sebagai alat baru yang kuat untuk rekayasa permukaan material dan ilmu lingkungan .

“Kerang secara luas dianggap sebagai gangguan dalam industri kelautan karena mereka akan menjajah permukaan yang terendam,” kata Hao-Cheng Yang seorang peneliti di Sekolah Teknik Kimia dan Teknologi di Universitas Sun Yat-sen di Cina. “Tapi dari sudut pandang lain, ikatan yang kuat antara kerang pada substrat di bawah air telah mengilhami strategi biomimetik untuk mewujudkan adhesi yang kuat antara bahan dalam air.”

Berbagai inovasi yang terinspirasi kerang sudah berlangsung. Sekelompok peneliti di China telah mengembangkan sel darah merah universal, yang dapat diterima oleh individu dari setiap golongan darah, yang bekerja dengan menggunakan pelapis yang terinspirasi kerang untuk melindungi sel dari deteksi oleh sistem kekebalan tubuh (dan karenanya mencegah kerusakan respon imun yang akan dihasilkan).

Manik-manik Hidrogel Terinspirasi Kerang untuk Dekontaminasi Air. Sumber: Matter

Penelitian lain telah berhasil mengembangkan bahan-bahan unggul untuk memisahkan minyak dan air, yang dapat membantu mengurangi kerusakan lingkungan terhadap lingkungan laut setelah tumpahan minyak. Tidak seperti beberapa bahan yang dikembangkan sebelumnya, para peneliti percaya bahwa inovasi berbasis kerang ini mungkin cocok untuk produksi skala besar. Kerang juga telah mengilhami kemajuan dalam teknologi pemurnian air. Bahan inovatif yang mampu menghilangkan  logam berat, polutan organik, dan patogen dari air limbah sedang dikembangkan dari dopamin terpolimerisasi, yang dengan mudah mengikat kontaminan ini atau ke bahan lain dengan sifat tangkapan seperti itu.

Namun, meskipun sifat mengikat kerang telah mengilhami berbagai penelitian terbaru, tantangan masih harus diatasi sebelum mereka dapat diterapkan di dunia nyata. Para ilmuwan masih bekerja untuk memahami sepenuhnya hubungan struktur-properti bahan kimia yang diilhami kerang seperti polydopamine dan untuk memahami jaringan interaksi yang kompleks antara asam amino yang mempengaruhi sifat perekat mereka .

“Meskipun sederhana dan efektif, masih ada beberapa keterbatasan yang melekat,” kata Yang. “Kondisi alkali biasanya diperlukan untuk mewujudkan polimerisasi dopamin, sehingga tidak dapat diterapkan pada bahan yang tidak stabil di bawah kondisi alkali. Selain itu, pengendapan PDA adalah proses yang memakan waktu — butuh waktu puluhan jam untuk membentuk lapisan yang seragam pada sebagian besar permukaan material. “

Beberapa peneliti berharap dapat mengatasi tantangan ini dengan mencari pengganti polydopamine yang murah, stabil, dan aman, seperti polifenol.

Leave a Reply