Seiring dengan perkembangan zaman tingkat konsumsi masyarakat semakin meningkat sehingga mengakibatkan produksi sampah dunia juga semakin tinggi. Sampah berupa plastik kemasan pembungkus produk makanan, dll yang tidak dapat terurai secara organik menjadi permasalahan saat ini yang harus dapat dipecahkan. Bagi kebanyakan orang, "plastik" adalah sebuah analogi untuk bencana lingkungan. Karena plastik dibuat dari minyak bumi yang berharga, dan setelah sekali pakai dibuang di tempat pembuangan sampah dan di laut yang dibutuhkan waktu berabad-abad untuk terdegradasi. Sehingga para ilmuan dan peneliti dibidang material dituntut untuk dapat menemukan material baru yang dapat terdegradasi dengan baik di lingkungan sebagai solusi pengganti material yang telah digunakan sebelumnnya yang tidak ramah terhadap lingkungan. Kemudian datang sebuah solusi jelas yaitu "bioplastik," zat tahan lama yang terbuat dari selulosa terbarukan yaitu polisakarida nabati. Namun masalahnya tetap ada. Untuk bioplastik tersebut tidak dapat terdegradasi sepenuhnya di lingkungan. selain itu penggunaannya sekarang ini hanya terbatas pada material kemasan atau wadah sederhana untuk makanan dan minuman.
Hanya 7% dari 34 juta ton sampah plastik/tahun yang berbasis minyak bumi yang akan didaur ulang. Sisanya ditemukan di tempat pembuangan sampah atau di laut, di mana dibutuhkan 1.000 tahun untuk terdegradasi. Dalam satu tahun, beberapa jenis plastik mulai menumpuk di laut, sementara bahan kimia dalam plastik ini berpotensi menyebabkan kanker pada manusia, mereka dianggap lebih beracun terhadap kehidupan laut. Ada sekitar 100 juta ton plastik yang saat ini terombang-ambing di laut. Beberapa plastik yang bukan dari jenis yang cepat rusak masih menjadi penyebab masalah. Menurut sebuah studi pada tahun 2008 yang diterbitkan dalam Environmental Research, sampah plastik mempengaruhi 267 spesies laut, dan dimakan oleh sekitar 44 persen dari semua burung laut.
Para peneliti dari Harvard Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, telah mengembangkan material baru yang meniru kekuatan, ketangguhan, dan fleksibilitas yang luar biasa dari salah satu zat alami dari kutikula serangga. Material ini juga berbiaya murah, dapat terdegradasi secara alami dilingkungan, dan sifat biokompatibel yang sangat baik. Material baru tersebut disebut dengan "Shrilk," dimana suatu hari nanti diharapkan dapat menggantikan plastik yang tidak dapat terdegradasi yang banyak digunakan dalam produk sehari-hari dan dapat juga digunakan dengan aman dalam berbagai aplikasi medis seperti material implan, benang penjahit luka, dll. Shrilk dikembangkan pada tahun 2011 di Harvard Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering oleh ilmuan asal Spanyol Javier G. Fernandez. Shrilk adalah contoh rekayasa material yang terinspirasi secara biologis. Ini merupakan material yang terinspirasi secara biologis pertama menggunakan desain biologis pada skala molekul dengan menggunakan biomolekul yang terhubung dengannnya.
Kekuatan dan ketangguhan Shrilk sama dengan kekuatan dan ketangguhan alumunium paduan, tetapi beratnya hanya setengah dari berat aluminium paduan. Pada gambar dibawah ini memperlihatkan replika dari sebuah sayap belakang serangga sejenis Thesoneura Americana yang terbuat dari material baru tersebut.
Kutikula serangga alami ini dapat ditemukan pada exoskeleton lalat atau belalang. Kutikula tersebut memberikan perlindungan tanpa menambah berat badan atau berat keseluruhan serangga tersebut. Selain itu kutikula tersebut dapat melindungi dari zat kimia yang berasal dari luar dan regangan fisik tanpa merusak komponen internal serangga serta memberikan kekuatan pada otot dan sayap serangga. Kutikula ini sangat ringan sehingga tidak mempersulit serangga tersebut untuk terbang. Kutikula tersebut begitu tipis sehingga memungkinkan fleksibilitas yang sangat baik. Selain itu, sesuatu hal yang juga luar biasa dari kutikula ini adalah memiliki sifat yang beragam, yakni dari yang kaku sepanjang segmen tubuh serangga dan sayap, hingga sifat yang elastis sepanjang sendi tungkai nya.
Kutikula serangga tersebut merupakan material komposit yang terdiri dari lapisan kitin, polimer polisakarida, dan protein yang disusun secara laminar, seperti struktur lapisan kayu. Interaksi mekanik dan kimia antara bahan ini menghasilkan sifat mekanik dan kimia kutikula yang unik. Dengan mempelajari interaksi yang kompleks dan menciptakan sifat kimia dan desain laminar yang unik di laboratorium, Fernandez dan Ingber mampu merekayasa lapisan film bening yang memiliki komposisi dan struktur yang sama dengan kutikula serangga. Bahan ini disebut Shrilk karena terdiri dari serat protein dari sutra dan kitosan yang umumnya diambil dari limbah kulit udang. Zat kitin tersebut sebelumnya dimanfaatkan untuk kosmetik, suplemen makanan, dan pupuk. Produk berbasis kitosan dapat memberikan sumber pendapatan tambahan bagi peternak udang. Sumber lain kitosan yang bisa digunakan adalah copepoda, spesies krustasea berukuran plankton. Ketua tim peneliti Wyss Institute, Javier Fernandez mengatakan bahwa copepoda tersebut diperkirakan menghasilkan miliaran ton kitin per tahun. Ini berarti, menurut Fernandez, bahwa jumlah kitin krustasea telah diproduksi di tahun lalu sama dengan jumlah plastik dunia telah diproduksi dalam lima tahun terakhir.
Shrilk diproduksi dalam bentuk lapisan film, yang dapat ditempatkan pada cetakan bermotif untuk memberikan suatu pola tertentu pada permukaannya, dan tingkat elastisitasnya dapat diatur sehingga memungkinkan untuk melakukan rekayasa sederhana terhadap struktur 3D material tersebut. Shrilk dibuat melalui pengendapan berurutan dari serat yang diekstraksi dari sutra, dan kitosan yang diekstraksi dari kulit udang. Kedua polimer kemudian dilaminasi ke susunan molekul yang unik meniru desain struktur berlapis endocuticle serangga dengan komponen pembentuk yang sama, Sehingga hasilnya adalah komposit yang memiliki kekuatan dua kali lipat dari komponen terkuatnya (yaitu kitosan) dan sepuluh kali lipat dari kekuatan komponen campuran kedua.
"Proses layering shrilk tidak dilakukan secara kimia". Fernandez menjelaskan, "Kecuali dalam antarmuka lapisan. Komponen asli (kitin dan serat) memiliki komposisi kimia yang sama sebelum dan sesudah proses", kekerasan kutikula serangga ditentukan oleh tiga tahapan langkah, yaitu Dehidration, sclerotization dan penyusunan molekul. Di sini, Fernandez dan Ingber hanya meniru proses yang pertama dan proses yang terakhir . "Tidak ada schlerotization (ini adalah reaksi kimia). Sifat shrilk berasal dari pengaturan molekul, bukan dari reaksi molekuler " Hasilnya adalah material dengan kekuatan dan ketangguhan yang sama dengan paduan aluminium namun beratnya setengah berat dari aluminium paduan. Matriks baru yang diperoleh juga bersifat hydrophilic yang memungkinkan untuk mengubah sifat mekaniknya tergantung pada berapa banyak air yang terkandung didalamnnya.
Shrilk yang murah dan mudah dibuat dengan metode baru dengan mempertahankan sifat mekanik kitosan yang kuat. Para peneliti tersebut mengatakan bahwa untuk pertama kalinya, materi yang sulit, transparan, dan terbarukan ini dapat digunakan untuk membuat objek-objek yang besar, dan objek-objek 3-D yang berbentuk komplek menggunakan teknik pengecoran tradisional atau injection molding. hal tersebut menandakan bahwa benda yang terbuat dari shrilk dapat diproduksi massal dan akan sama kuat dengan barang-barang harian yang terbuat dari plastik seperti yang digunakan dalam mainan dan ponsel.
Gambar diatas memperlihatkan proses fabrikasi material shrilk yang cukup komplek. a) Topografi Micropattern permukaan lapisan fibroin yang menutupi shrilk dengan menggunakan metode micromolding (skala bar, 50 im). b) Memperlihatkan bentuk tampilan hasil perbesaran yang lebih tinggi dari (a). Horizontal bands yang terdapat dinding sesuai dengan cetakan asli yang digunakan untuk pencetakan yang dihasilkan dari dalam reactive-ion etching (skala bar, 5 im). c) Shrilk dibentuk menjadi bentuk silinder. Panah putih menunjukkan cacat dalam serat film protein yang didasari oleh lapisan kitosan. (skala bar, 1 mm). d) Skema desain multi-laminasi yang terdiri dari tiga bilayer shrilk yang berikatan erat. e) Sebuah gambar penampang bahan multi-laminasi yang telah dilakukan mikrofabrikasi menggunakan scanning electron microscope dengan desain yang ditunjukkan pada gambar (d) (F, lapisan serat, C, lapisan kitosan, skala bar, 50 im).
Shrilk memiliki kekuatan dan ketangguhan yang mirip dengan aluminium paduan, tetapi beratnya hanya setengah dari berat aluminium paduan. Material ini memiliki sifat biodegradasi yang baik dan dapat diproduksi dengan biaya yang sangat rendah, karena kitin sudah tersedia sebagai produk limbah udang. Material tersebut juga mudah dibentuk menjadi bentuk kompleks, seperti tabung. Dengan mengontrol kadar air dalam proses fabrikasi, para peneliti bahkan mampu mereproduksi variasi kekakuan yang cukup luas (elastis hingga kaku).
Karena sifat-sifat nya tersebut Shrilk dapat diterapkan dalam berbagai aplikasi, seperti sebagai alternatif plastik yang murah dan aman terhadap lingkungan. Shrilk dapat digunakan untuk membuat kantong sampah, kemasan, dan popok yang dapat terdegradasi dengan cepat. Sebagai material yang memilki sifat biokompatibel yang sangat tinggi sehingga dapat digunakan untuk benang penjahit luka yang menanggung beban tinggi, seperti dalam penyembuhan hernia, atau sebagai perancah untuk regenerasi jaringan.
Material baru ini memiliki potensi untuk menjadi solusi terhadap beberapa permasalahan lingkungan yang paling penting saat ini dan sebagai batu loncatan menuju kemajuan medis yang signifikan. Setelah dibuang, shrilk akan hancur hanya dalam beberapa minggu dan bahkan melepaskan nutrisi yang kaya yang mendukung pertumbuhan tanaman. Dalam satu percobaan, peneliti Wyss Institute mencoba pada tumbuh tanaman kacang hitam California yang ditanam pada tanah yang diperkaya dengan bioplastik kitosan. Dalam waktu tiga minggu, materi tersebut mendorong pertumbuhan tanaman.
Sumber:
- http://wyss.harvard.edu/viewpressrelease/72/
- http://news.harvard.edu/gazette/story/2014/05/promising-solution-to-plastic-pollution/
- http://en.wikipedia.org/wiki/Shrilk/
- http://guardianlv.com/2014/05/shrilk-the-sustainable-and-biodegradable-plastic-made-from-shrimp-shells/#Sku1PLBB7rVcHiWz.99
- http://elephantjournal.com/2014/02/got-shrilk-insect-inspired-bioplastic-ansel-oommen/
- http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201290016/abstract
- http://news.harvard.edu/gazette/story/2014/05/promising-solution-to-plastic-pollution/
- http://en.wikipedia.org/wiki/Shrilk/
- http://guardianlv.com/2014/05/shrilk-the-sustainable-and-biodegradable-plastic-made-from-shrimp-shells/#Sku1PLBB7rVcHiWz.99
- http://elephantjournal.com/2014/02/got-shrilk-insect-inspired-bioplastic-ansel-oommen/
- http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201290016/abstract
No comments:
Post a Comment