Proses Sintesa dan Pengaplikasian Perak Nanopartikel Pada Bahan Tekstil Untuk Memperoleh Kain Tekstil Antibakteri

BULETIN TEKSTIL.COM/ Jakarta – Kain katun merupakan salah satu contoh bahan tektstil yang sangat umum kita temui pada kehidupan sehari-hari, baik sebagai bahan tekstil sandang maupun tekstil non sandang.. Pada dasarnya bahan tekstil yang terbuat dari bahan katun dapat digolongkan ke dalam bahan selulosa, yang memiliki makna bahwa bahan tekstil tersebut akan memiliki sifat serupa dengan bahan selulosa (baik kelebihan maupun kekurangannya).

Pada penggunaan tekstil sandang, material tekstil berbahan katun memiliki keunggulan yang cukup dikenal baik, salahsatnyamemiliki sifat penyerapan kelembapan yang sangat baik. Hal tersebut menghasilkan sifat nyaman saat digunakan karena bahan katun dapat menyerap uap keringat yang dihasilkan oleh tubuh, sehingga kelembapan pada lapisan antara permukaan kulit dan kain menjadi terjaga. Disamping keunggulan tersebut, bahan selulosa juga memiliki sifat kekurangan yang rentan terhadap potensi pertumbuhan bakteri saat digunakan dalam penggunaan sandang.

Para peneliti saat ini sedang melakukan pengembangan serat selulosa dan biomaterial tekstil yang memiliki aktifitas ketahanan terhadap patogen bakteri (bakterisida) dan jamur yang sangat baik. salah satu cara yang digunakan oleh peneliti yaitu dengan memasukan ion perak (Ag) pada strukturnya. Aktivitas bakterisida dan bakteriostatik di dasar biomaterial selulosa dan produk serupa dapat diperoleh dengan memasukkan ion perak ke dalam strukturnya dan berubah ke dalam bentuk nanopartikel ketika direduksi, sehingga dapat terjadi interaksi antara perak terhadap material polimer selulosa melalui ikatan koordinasi.

Peneliti menjelaskan bahwa perak nanopartikel merupakan partikel perak yang memiliki ukuran berkisar kurang atau lebih 100 nm. Perak (Ag) dan senyawa berbasis Ag merupakan senyawa anorganik yang telah dikenal dan masih dipelajari dalam kemampuannya sebagai zat antimikroba untuk digunakan dalam material tekstil. Perak adalah zat antimikroba yang efisiensinya tergantung secara langsung pada konsentrasi kation perak (Ag+) atau Nanopartikel (NP) yang dilepaskan dari serat tekstil di mana mereka berada. Setelah dilepaskan ke lingkungan sekitarnya, spesies perak tersebut bertindak sebagai racun bagi berbagai mikroorganisme, seperti: seperti bakteri gram negatif dan gram positif, jamur, kapang, virus, ragi, dan alga.

Peneliti telah menemukan bahwa perak dan senyawanya dapat menghambat pertumbuhan dan membunuh lebih dari 650 jenis bakteri, virus, dan jamur. Nanopartikel perak memiliki luas permukaan spesifik yang sangat besar, sehingga dapat menghasilkan peningkatan kontak permukaan dengan bakteri, virus, dan jamur. Peneliti menemukan bahwa untuk meningkatkan aktivitas bakterisida pada zat aktif perak dapat dilakukan dengan mengurangi ukuran nanopartikel perak ke dalam ukuran yang semakin kecil.

Menurut literatur, mekanisme aktivitas antimikroba dari Ag+ dan Ag NP sangat mirip satu sama lain lainnya. Baik NP Ag+ dan Ag dapat berpartisipasi dalam interaksi intermolekuler dengan membran sel bakteri. Lebih-lebih lagi, Partikel Ag yang lebih kecil dari 10nm telah dilaporkan menembus ke bagian dalam sel mikroorganisme, sehingga perak dapat mengikat kelompok tiol enzim dan asam nukleat pada patogen. Meskipun temuan bahwa penggunaan Ag+ dan Ag NP pada konsentrasi rendah relatif tidak beracun bagi sel manusia dan tidak menyebabkan risiko serius bagi kesehatan manusia, dilema mengenai keamanan Ag bagi manusia dan lingkungan tetap ada.

Lebih lanjut mengenai efek samping perak nanopartikel terhadap tubuh manusia, telah ditemukan bahwa manusia dapat menyerap partikel Ag melalui pencernaan, pernafasan, dan penyerapan melalui kulit. Penyerapan melalui permukaan kulit adalah yang paling umum dalam konteks ini karena keringat dan ekskresi tubuh lainnya memfasilitasi pelepasan partikel Ag dari serat tekstil ke permukaan kulit. Namun peneliti berpendapat bahwa perak nanopartikel tidak akan mengakibatkan efek samping pada manusia untuk nilai konsentrasi yang cukup rendah.

Disamping efek samping tersebut, sebetulnya peneliti menuturkan bahwa modifikasi pada teknik pengaplikasiannya dapat menurunkan resiko efek samping seperti sitotoksisitas, iritasi kulit, dan argirya. Selain itu peneliti juga menemukan bahwa teknik pengaplikasian ini tidak memiliki efek buruk pada keseimbangan ekologi mikroflora kulit manusia yang sehat. Peneliti juga menemukan bahwa penggunaan pembalut luka yang memiliki kandungan Ag dapat mempercepat penyembuhan luka dan mencegah infeksi pasca operasi. Peneliti telah melakukan tinjauan untuk mengelaborasi keberadaan nanopartikel perak dalam serat yang memiliki sifat sebagai bakterisida, antijamur, serta mempelajari struktur dan sifat fisik-kimiawi, bakterisidanya.

Dilansir dari International Journal of Nanomaterial, Nanotechnology and Nanomedicine, pada tahun 2019 peneliti telah berhasil mengembangkan efek bakterisida perak pada bahan tekstil. Pada penelitian tersebut telah dilakukan pengaplikasian bahan aktif bakterisida pada bahan kain katun dengan sodium-carboxymethylcellulose bernilai DP=200-400 (Na-CMC) sebagai matriks polimer dan larutan perak nitrat berupa AgNO3 sebagai prekursor bahan perak aktif. Pada penelitian tersebut telah dilakukan pengamatan performa sifat antibakteri pada beberapa strain patogen penyakit pada manusia dan binatang, seperti Staphylococcus epidermidis dan Candida albicans. Pembentukan nanopartikel dibuat dengan menggunakan larutan Na-CMC dengan konsentrasi 0.1 – 0.4 persen dan larutan perak nitrat AgNO3 dengan konsentasi 0.1 – 0.001 mol/L.

Prosesnya dilakukan dengan cara memasukan larutan perak nitrat setetes demi tetes ke dalam larutan Na-CMC hingga larutan campuran homogen senyawa Ag-CMC diperoleh. Selanjutnya proses reduksi dilakukan dengan menggunakan metode Photochemical Reduction dengan bantuan lampu merkuri pada suhu 25 derajat celcius untuk membentuk perak nanopartikel. Selama proses Photochemical Reduction, pada mulanya akan dihasilkan elektron yang akan bermigrasi dan ditangkap dengan oleh ion Ag pada permukaan larutan, serta mereduksi ion tersebut ke dalam perak nanopartikel. Perak nanopartikel tersebut kemudian membentuk kluster perak yang kemudian akan membentuk partikel perak dengan ukuran tertentu.

Hal ini berdasarkan pada teori pembentukan larutan koloid silver yang dikenal dengan Mott-Gurney theory. Setelah nanopartikel perak terbentuk, tahapan pendispersian partikel dilakukan dengan menggunakan dispergator. Selanjutnya proses pelekatan nanopartikel perak pada kain katun dilakukan dengan menggunakan pengikat silang (yang bersifat water-insoluble), sehingga kain katun tersebut diharapkan dapat memiliki sifat antibakteri dan antijamur yang baik.

Urutan reaksi dan mekanisme pembentukan perak menggunakan metode photochemical reduction sesuai dengan Mott-Gurney theory dapat dilihat pada tabel berikut.

Gambar skema pembentukan perak nanopartikel pada struktur molekul Na-CMC dengan metode photochemical reduction.

Peneliti mengungkapkan bahwa metode produksi nanopartikel perak dengan photochemical reduction pada larutan Na-CMC memiliki keunggulan dalam stabilitas dan tidak akan mengalami aglomerasi walaupun disimpan dalam waktu yang sangat lama. Hal ini jauh lebih unggul dibandingkan dengan pembentukan nanopartikel perak dengan metode solution aqueous reduction menggunakan zat kimia yang cenderung mudah mengalami aglomerasi sehingga tidak dapat disimpan dalam waktu yang lama.

Gambar dibawah ini menunjukan hasil analisis nanopartikel perak yang dihasilkan sesuai dengan metode yang dijelaskan oleh para peneliti. Melalui analisis Atomic Force Microscopy pada larutan sampel hasil photochemical reduction, peneliti menemukan bahwa metode tersebut telah berhasil menghasilkan perak nanopartikel berukuran 2 – 8 nm bentuk sperical pada penyinaran selama 5 menit pada lampu merkuri dan ukuran 5 – 35 nm bentuk sperical pada penyinaran selama 30 menit.

Gambar 2. Hasil analisis menggunakan AFM terhadap sampel larutan perak nanopartikel (a) dan distribusi ukurannya.

Untuk memperoleh serat, benang atau kain tekstil yang mengandung perak nanopartikel, proses yang dilakukan yaitu dengan cara merendam serat, benang atau kain pada larutan Ag-CMC. Ion perak yang berada di dalam larutan Ag-CMC akan membasahi struktur rongga pada bahan tekstil dan terserap di dalamnya. Kemudian proses reduksi dilakukan dengan cara memaparkan kain yang terbasahi Ag-CMC dibawah sinar UV dari lampu merkuri. Sehingga ion perak yang telah menyerap pada bahan tekstil akan tereduksi dan kembali ke dalam bentuk perak berukuran nano. Gambar dibawah ini menunjukan skema proses pembentukan dan fiksasi bahan perak nanopartikel pada material tekstil.

Pengamatan dengan menggunakan TEM memperlihatkan bahwa pembentukan perak nanopartikel telah berhasil terbentuk pada permukaan serat dan kain katun. Hal ini memperlihatkan bahwa metode yang diusulkan oleh para peneliti telah berhasil menempelkan perak nanopartikel pada permukaan kain.

Uji aktifitas anti bakteri juga telah dilakukan pada kain katun perak nanopartikel dengan menggunakan bakteri Staphylococcus epidermidis dan Candida albicans. Pengujian telah dilakukan oleh peneliti untuk menentukan pengaruh jumlah perak nanopartikel dan pengaruh ukuran perak nanopartikel terhadap aktifitas antibakteri kain tersebut. Hasil pengamatan tabel dibawah ini menunjukan bahwa perak nanopartikel telah mengurangi jumlah pembentukan koloni bakteri Staphylococcus Epidermis dari nilai 150 koloni/ml menjadi 24 koloni/ml dan mengurangi jumlah pembentukan bakteri Candida Albicans dari nilai 150 koloni/ml menjadi 15 koloni/ml. Pengurangan jumlah pembentukan koloni tersebut menandakan bahwa keberadaan perak nanopartikel pada bahan kain katun telah berhasil mengurangi pertumbuhan bakteri dan memiliki sifat antibakteri yang baik.

Selain itu peneliti juga telah mengamati pengaruh bentuk dan ukuran perak nanopartikel pada kain katun terhadap sifat antibakteri yang diperoleh. Berdasarkan hasil penelitian, ukuran partikel nano perak pada nilai 5 – 35 nm menghasilkan sifat anti bakteri yang paling baik diantara bentuk lainnya. Partikel nano perak pada ukuran 5 – 35 nm juga berhasil menunjukan bahwa bakteri sama sekali tidak dapat tumbuh pada kain, berbeda dengan ukuran lainnya yang masih menunjukan adanya perkembangan bakteri. Hal tersebut dapat dilihat sesuai dengan pengamatan peneliti pada tabel dibawah.

Dalam kaitan penggunaan tekstil sandang, maka ketahanan cuci dari kandungan nanopartikel perak juga menjadi salah satu hal yang penting. Peneliti juga telah mengamati pengaruh pencucian terhadap perubahan sifat antibakteri pada kain katun sesuai dengan tabel dibawah ini. Berdasarkan hasil penelitian, sifat antibakteri masih dapat bertahan pada bahan kain katun bahkan setelah 7 kali pencucian. Kain katun masih memiliki sifat antibakteri setelah 7 kali pencucian, yang ditandai dari jumlah koloni pembentukan bakteri lebih rendah dibandingkan kain tanpa perak nano.

Mekanisme penghancuran sel bakteri dengan perak nanopartikel

(Red B-Teks/ Andrian)

Hits: 76

One thought on “Proses Sintesa dan Pengaplikasian Perak Nanopartikel Pada Bahan Tekstil Untuk Memperoleh Kain Tekstil Antibakteri

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *