Pengenalan Nanoteknologi

Nanoteknologi adalah ilmu dan rekayasa material, struktur fungsional maupun piranti dalam skala nanometer (10 pangkat -9). Hasil akhir riset bidang nanomaterial adalah mengubah teknologi yang ada sekarang yang pada umumnya berbasis material skala mikrometer menjadi teknologi berbasis pada materia skala nanometer.

Orang berkeyakinan bahwa material berukuran nanometer memiliki sifat fisika dan kimia yang lebih unggul dari material ukuran besar (bulk). Sifat tersebut dapat diubah melalui pengontrolan ukuran material, pengaturan komposisi kimiawi, modifikasi permukaan, dan pengontrolan interaksi antar partikel. 

Di alam sebenarnya sudah ada sejumlah wujud yang berdimensi nanometer. Kita mengenal double helix DNA yang memiliki diameter sekitar 2 nm dan ribosom yang memiliki diameter sekitar 25nm. Atom-atom memiliki diameter sekitar 0,1 sampai 0,4 nm sehingga material yang berukuran nanometer hanya mengandung puluhan hingga ribuan atom. Sebagai perbandingan, rambut manusia memiliki diameter 50.000 hingga 100.000 nm, sehingga 1 nm kira-kira sama dengan sehelai rambut yang diameternya dibelah menjadi 100 ribu bagian. 

Mengapa reduksi ukuran dalam skala nm menjadi begitu penting? Sifat-sifat material baik sifat fisika, kimia, maupun biologi berubah dengan drastis ketika dimensi material masuk ke dalam skala nm. Yang lebih menarik lagi adalah sifat-sifat tersebut ternyata bergantung pada ukuran, bentuk, kemurnian permukaan, maupun topologi material. Sebagai gambaran, partikel tembaga yang memiliki diameter 6 nm memiliki sifat 5x lebih keras daripada tembaga ukuran besar (ukuran partikel skala mikro). Keramik yang pada umumnya mudah pecah dapat dibuat fleksibel jika ukuran bulir direduksi ke dalam ukuran nm. contoh, Cadmium Selenida (CdSe) dapat menghasilkan warna yang berbeda dengan hanya mengontrol ukuran partikel. 

Nanopartikel yang berukuran sangat kecil juga memperlihatkan sifat magnetik dan optik yang unik. Sebagai contoh, material feromagnetik menjadi superparamagnetik ketika ukurannya lebih kecil dari 20 nm. Fenomena ini muncul karena partikel tersebut tidak dapat mempertahankan sifat magnetis akibat ketiadaan domain magnet. Ukuran domain magnet pada umumnya beberapa mikrometer. Di dalam partikel yang berukuran kurang dari 100 nm tidak ada domain magnetik yang bisa muncul. Tetapi partikel tersebut mengalami gaya magnet jika berada dalam medan magnet. Partikel semacam ini berguna sebagai pembawa obat-obatan (drug delivery) yang dapat meningkatkan ketelitian pengarahan obat ke sel tumor tertentu dengan menggerakkan partikel tersebut menggunakan pulsa elektromagnetik dari luar. 

Partikel nanomagnetik ditancapkan pada material obat. Medan magnet drai luar kemudian diarahkan pada material obat tersebut sehingga mengalami gaya magnet. Dengan mengatur arah medan magnet yang diterapkan, maka arah gerak material obat dapat dikontrol sehingga mengarah ke lokasi tertentu di dalam tubuh, misalnya ke arah sel-sel tumor. Untuk menghindari efek samping yang tidak diinginkan, sebelum ditancapkan ke matreial obat, nanopartikel magnetik dibungkus (coating) terlebih dahulu dengan material yang aman bagi tubuh. Ketika material obat habis terurai, maka nanopartikel magnetik yang tersisa tidak berbahaya saat bersentuhan langsung dengan sel-sel tubuh.

Nanopartikel magnetik juga dapat ditempelkan ke antibodi yang kemudian diarahkan dengan medan magnet ke arah sel tumor. Kemudian dengan medan magnet, partikel tersbeut dipanaskan secara lokal (pemanasan lokal yang sangat kecil) sehingga dapat membunuh sel tumor yang berada di sekitar partike itu tanpa merusak sel-sel lain yang normal.