Teknologi Nano Sensor

Nanoteknologi telah mengenerate konsep-konsep baru dalam berbagai bidang iptek. Diyakini bahwa nanoteknologi akan membawa revolusi pada seluruh aspek kehidupan manusia dalam waktu yang singkat dengan dampak melebihi empat revolusi yang terjadi sebelumnya.Gambar 1 Revolusi nanoteknologi (manufaktur molekul) memberikan impak yang sebanding dalam waktu singkat dengan empat revolusi industri yang ditempuh dalam dua abad.
Area aplikasi nanoteknologi sangat luas dan menyentuh hampir seluruh Aspek kehidupan manusia. Sebagai contoh, pada bidang teknologi informasi (TI) di Indonesia kini terdapat sekitar 60 juta pengguna handphone. Nanoteknologi telah meningkatkan kemampuan dan performansi komponen handphone seperti IC, layar display, memori, antena, baterai dan lainnya sehingga tampak lebih ringkas namun semakin canggih. Perangkat elektronik lainnya seperti komputer juga mengalami evolusi yang sama.

Di bidang farmasi dan kesehatan, produk-produk kesehatan telah menggunakan partikel nano untuk meningkatkan efektifitas obat. Para pakar di bidang ini kini tengah mengembangkan nanoteknologi untuk drug targeted and delivery system. Obat kini didesain dapat mencapai target dengan dosis tertentu sehingga akan lebih efisien dan efektif. Termasuk terobosan dalam bidang ini adalah penggunaan material cerdas yang diimplantasi dalam tubuh manusia untuk kepentingan pendeteksian penyakit.




A. Pengenalan Nano Teknologi
Dalam presentasinya Profesor Yohanes Surya menjelaskan, masa depan teknologi akan bergeser menjadi Nano Technology. Nano artinya satu sepermiliar, satu Nano meter adalah sepuluh atom hydrogen. Menurut Yohanes Surya, contoh sederhananya bila tebal rambut 50.000 Nano meter, maka bisa dibayangkan bila tebal rambut itu dibelah menjadi 50.000 kali, dan hasil pembelahan ketebalan rambut, itulah yang disebut Nano Technology, dan itu merupakan teknologi di masa mendatang, teknologi sepermiliar meter.

Berkaitan dengan Nano Technology, Profesor Yohanes Surya lebih dulu menjelaskan apa itu teknologi, menurutnya teknologi adalah cara untuk mendapatkan sesuatu dengan kualitas lebih baik, lebih murah, lebih mudah dan lebih menyenangkan.. Dulu pada tahun 1930-an, waktu dari Jakarta ke Merauke ditempuh sekitar dua minggu, namun sekarang bisa dijangkau dengan 8 jam saja," ujar Yohanes memberi contoh: Nano Technology Manipulasi Atom.
Prof.Yohanes Surya menjelaskan, Nano Technology adalah suatu teknologi yang mampu memanipulasi atom untuk menghasilkan sebuah produk menjadi lebih murah, lebih baik dan lebih menyenangkan. Beberapa contoh produksi yang bisa dihasilkan melalui Nano Technology ini adalah cat, packaging, industri ruang angkasa, solar energy, mengobati beragam penyakit, menyensor bangunan, mendeteksi bau gas, komputer, membuat orang awet muda, mempermudah seseorang jalan-jalan ke luar angkasa, dan banyak lagi.

Secara rinci pakar fisika ini mengungkapkan, melalui Nano Technology, seseorang bisa merubah-rubah warna cat rumah sesuai dengan keinginannya, dinding menjadi tidak mudah tergores, sebab dinding tembok tertutup rapat oleh nano pertikel. Suatu saat, untuk membersihkan jendela di gedung-gedung bertingkat tidak lagi diperlukan air, kaca cukup terkena matahari maka akan terjadi proses self cleaning. Begitu juga dengan ubin lantai, melalui Nano Technology, ubin bisa berganti warna sesuai dengan keinginan si pemilik.

B. Perkembangan Nano Teknologi


1. Carbon Nano-Chip

Nano Technology juga bisa berkembang menjadi Carbon Nano-Chip, yang merupakan bahan sangat kuat dan ringan, yang akan membuat revolusi kekuatan material. Artinya, Nano-Chip mampu mempengaruhi industri ruang angkasa, dan industri automotif. Tiap mobil yang dilapisi Carbon Nano-Chip, akan membuat si pengemudi tidak usah takut lagi jika terjadi kecelakaan. Sebab kendaraan yang ditumpanginya tidak akan penyok, karena kekuatan yang melapisi mobil tersebut mencapai seratus kali kekuatan baja. Begitu juga halnya dengan pesawat ruang angkasa. Bila badan pesawat dilapisi Carbon Nano-Chip, kekuatannya akan menjadi luar biasa sekali. Akibat yang ditimbulkan, pesawat akan mampu menahan gesekan dari benda-benda apa pun. Dan pesawat juga bisa mencapai daerah yang lebih jauh lagi. Melalui Carbon Nano-Chip ini, suatu saat seseorang tidak perlu lagi mencuci pakaian dengan air. Pakaian Nano, cukup dikibas-kibaskan saja, sudah bersih dan licin kembali. Jadi tidak perlu diseterika, dicuci atau dilipat.


2. Nano Solar Energy

"Saat ini, beberapa ilmuwan sedang meneliti bagaimana proses daun menyerap matahari. Daun tersebut ternyata bisa memanfaatkan energi sinar matahari sebesar seratus persen. Kalau kita bisa menggunakan tenaga matahari 25 hingga 50 persen saja, maka kita tidak perlu lagi membutuhkan minyak/solar. Bila teman-teman bisa menemukan metodenya, dampaknya luar biasa sekali," ujar Profesor Yohanes Surya.



3. Nano Sensor

Salah satu kegunaannya mengobati penyakit kanker. Caranya, obat kanker dimasukkan ke dalam Nano robot kecil, lalu ditusukkan ke jari si penderita, dengan remote control, robot bisa diarahkan untuk mencari sendiri sel-sel kanker yang menyebar di dalam tubuh. Begitu sampai di tempat sel-sel kanker tersebut, robot akan melepaskan bom, kemudian sel kanker akan mati dan hancur. Sel itu akan keluar melalui pembuangan kotoran manusia bersama Nano Robot. Selain kanker, beragam penyakit juga bisa disembuhkan. Masih banyak Nano Technology lainnya. Selain energy, ada juga Nano air yang mampu mengubah air limbah, laut menjadi air tawar yang bersih, Nano Device dll.
Menurut National Science Foundation, total market Nano Technology mencapai satu trilyun dollar pada tahun 2015. Dan sekarang, diperkirakan sudah mencapai lima trilyunan dollar Amerika.
"Jadi, kalian semua sebagai generasi penerus mulai sekarang harus memikirkan bagaimana membangun negara kita ini melalui Nano Techonology. Orang yang tidak bermain atau memanfaatkan Nano Technology akan habis. Kita harus care terhadap teknologi, sebab bangsa yang maju adalah bangsa yang memperhatikan teknologi", ujar Profesor Yohanes Surya di hadapan peserta pelatnas fisika dan para undangan lainnya.



C. Pengembangan nanoteknologi dalam konteks ke-Indonesia-an
Nanoteknologi tidak dapat dihindari lagi entah kita mempersiapkan diri atau tidak. Dalam kenyataannya, Indonesia memiliki keunggulan komparatif yang berupa kekayaan sumber daya alam baik berupa berbagai mineral alam sebagai bahan baku pembuatan produk dan sumber energi, dan keragaman hayati flora dan fauna dalam jumlah yang luar biasa. Namun, sumber daya tersebut masih belum banyak diberikan nilai tambah sehingga belum dapat dijadikan sebagai penentu daya saing bangsa.

Pemanfaatan sumber daya alam tersebut baru berupa eksploitasi dengan kuantitas yang besar dan belum banyak diolah sehingga masih bernilai sangat rendah (misalkan mineral pasir besi, Kuarsa, tembaga, emas dll). Dilain sisi, letak geografis dan jumlah penduduk yang sangat besar, menjadikan Indonesia menjadi pasar perekonomian yang menjanjikan. Oleh karena itu, pengembangan nanoteknologi harus dapat diarahkan untuk mengelola dan memberikan penambahan nilai secara signifikan bagi sumber daya alam Indonesia sehingga meningkatkan daya saing bangsa. Arah pengembangan nanoteknologi ini kelak akan menjadi back bone pembangunan nasional kita.

Beberapa fokus pengembangan nanoteknologi yang perlu dilakukan berdasarkan potensi yang dimiliki adalah:

1. pemanfaatan nanoteknologi untuk pembuatan nanomaterial yang ditargetkan untuk pensuplai bahan baku produk nano untuk aplikasi di bidang TI, transportasi, elektronik, dll
2. pemanfaatan nano-bioteknologi yang ditargetkan untuk peningkatan hasil pangan dan pertanian
3. pemanfaatan nanoteknologi di bidang farmasi dan kesehatan yang ditargetkan untuk peningkatan kualitas obat Indonesia
4. pemanfaatan nanoteknologi untuk pemenuhan dan konservasi energi nasional.



Penelitian dan pengembangan nanoteknologi di Indonesia sudah dimulai di beberapa lembaga riset (LIPI, BATAN, BPPT, LAPAN, MRC, dll) atau universitas (ITB, UI, ITS, Unand, UGM, dll). Oleh karena itu, perhatian dan intensitas penelitian nanoteknologi di Indonesia harus segera ditingkatkan, mengingat negara-negara lain juga belum lama merintisnya dan peluang serta potensi yang sangat besar yang dimiliki Indonesia. Kehilangan momen hanya menempatkan bangsa Indonesia di papan bawah persaingan dunia di masa mendatang. Untuk mengusung isu nanoteknologi ini diperlukan kerjasama yang erat dari semua kalangan baik industri, pemerintah, dan akademisi. Prospek nanoteknologi akan semakin cerah jika kolaborasi tersebut berjalan harmonis. Berawal dari ini, permasalahan bangsa diharapkan dapat terselesaikan sekaligus meningkatkan derajat bangsa di percaturan Internasional.


A. Pengertian Nano Sensor

Nanosensors adalah poin yang digunakan untuk menyampaikan informasi tentang nanoparticles ke macroscopic dunia. Walaupun manusia belum dapat mempersatukan nanosensors, prediksi mereka untuk menggunakan obat terutama mencakup berbagai keperluan dan sebagai gateways ke nanoproducts bangunan lainnya, seperti chip komputer yang bekerja di nanoscale dan nanorobots. Saat ini, ada beberapa cara yang diusulkan untuk mengembangkan nanosensors.
1. Prediksi aplikasi
Nanosensor juga sering digunakan ahli medis sebagai alat pendeteksi segala macam penyakit. Menggunakan obat terutama dari nanosensors berputar di sekitar potensi nanosensors akurat untuk mengidentifikasi sel atau tempat-tempat tertentu di dalam tubuh yang membutuhkan. Dengan mengukur perubahan dalam volume, konsentrasi, kecepatan dan beratnya, gravitational, listrik, dan magnetis kekuatan, tekanan, atau suhu di sel-sel tubuh, nanosensors mungkin dapat membedakan dan mengenali sel tertentu, terutama orang-orang yang kanker, pada tingkat molekuler untuk memberikan obat atau memantau perkembangan ke tempat-tempat tertentu di dalam tubuh. Selain itu, mereka mungkin dapat mendeteksi macroscopic variasi dari luar tubuh dan berkomunikasi perubahan lain nanoproducts bekerja di dalam tubuh.
Salah satu contoh melibatkan nanosensors menggunakan fluorescence properti kadmium selenide kuantum sebagai titik sensor untuk membuka Tumors dalam tubuh. Injecting oleh badan dengan jumlah titik tersebut, dokter dapat melihat di mana sel kanker atau tumor yang disuntik melalui titik-titik kuantum, yang dibangun khusus untuk mencari sel tubuh yang telah beresiko. Akibatnya, para peneliti yang bekerja untuk mengembangkan alternatif yang dibuat dari titik-titik yang berbeda namun tetap mempertahankan sebagian fluorescence properti. Secara khusus, mereka telah menyelidiki keunggulan seng sulfida titik kuantum, walaupun mereka tidak cukup teduh sebagai kadmium selenide.
Nano sensor juga dapat digunakan untuk mendeteksi spesifik DNA untuk mengenali eksplisit genetik cacat, mendeteksi secara otomatis tingkat gula untuk penderita diabetes. Oleh karena itu, dengan menggunakan pola proteomic dan campuran bahan-bahan baru, nanobiosensors juga dapat digunakan untuk mengaktifkan komponen dikonfigurasi menjadi hibrid substrat semikonduktor sebagai bagian dari sirkuit perakitan.

2. Nano Sensors Existing
Saat ini, fungsi nanosensors di dunia sebagai receptors stimulasi dari luar. Misalnya rasa bau terutama di dalam binatang yang sangat kuat seperti anjing, fungsi yang menggunakan receptors rasa nanosized molekul. Tanaman tertentu juga digunakan untuk mendeteksi nanosensors sinar matahari. Nanosensors menggunakan ikan-ikan untuk mendeteksi getaran disekitar air dan nanosensors juga dapat mendeteksi jenis kelamin serangga.

3. Metode produksi
Gambar A contoh dari molekul DNA yang digunakan sebagai starter untuk diri sendiri yang lebih besar berkumpul.
Gambar B sebuah atom kekuatan mikroskop gambar diri rakitan DNA nanogrid. Masing-masing DNA tegel diri berkumpul menjadi sangat memerintahkan periodik dua dimensi DNA nanogrid.

Saat ini terdapat beberapa cara untuk hypothesized menghasilkan nanosensors. Top-down cetakan dr logam yg ditulisi adalah cara paling terpadu yang sedang dibuat. memulai dengan blok yang lebih besar dari beberapa bahan dan ukiran dari bentuk yang dikehendaki. Diukir dari perangkat ini, terutama untuk digunakan dalam menempatkan microelectromechanical sistem khusus yang digunakan sebagai microsensors, umumnya hanya mencapai ukuran mikro, tapi yang paling baru-baru ini telah mulai untuk memasukkan nanosized komponen.
Cara lain untuk menghasilkan nanosensors adalah melalui metode bottom-up, yang melibatkan assembling dari sensor yang menggunakan komponen lebih kecil, Hal ini akan melibatkan pindah dari atom tertentu substansi satu per satu ke dalam posisi yang khusus, meskipun telah dicapai dengan menggunakan alat tes laboratorium seperti atomic force microscopes, masih terdapat kesulitan yang signifikan, khususnya untuk dilakukan secara masal, baik sebagai alasan untuk logistik dan ekonomi lemah. Kemungkinan besar, proses ini akan digunakan terutama untuk bangunan molekul starter diri assembling sensor.
Cara yang ketiga, yang menjanjikan hasil jauh lebih cepat, melibatkan masalah perakitan, atau "berkembang" nanostructures tertentu yang akan digunakan sebagai sensor. Pertama menggunakan beberapa bagian dari yang dibuat sebelumnya atau dibentuk nanostructure alami dan dalam atom mereka sendiri saja. Setelah terstruktur dan memiliki permukaan yang luar biasa yang akan membuatnya jauh lebih mudah untuk menarik molekul sebagai lanjutan dari pola ini, yaitu menangkap beberapa atom bebas dan melanjutkan ke bentuk yang lebih besar untuk membuat sendiri komponen nanosensors.
4. Dampak ekonomi
Walaupun nanosensor teknologi adalah bidang yang relatif baru, proyeksi global untuk penjualan produk yang menggabungkan nanosensors berkisar dari $ 0,6 miliar menjadi $ 2,7 miliar dalam waktu tiga sampai empat tahun terakhir ini. Nanosensor ini kemungkinan besar akan dimasukkan sebagai alat paling modern lanjutan yang digunakan dalam sistem komputer, karena terdapat potensi untuk menyediakan hubungan antara bentuk-bentuk lain dari nanotechnology dan macroscopic dunia yang memungkinkan developer untuk memanfaatkan potensi nanotechnology ke komputer miniaturize chips sedangkan mereka sangat memperluas potensi penyimpanan.

B. Versi lain dari perkembangan nano sensor
1. Nanotubes
Peneliti di MIT telah menemukan bahwa karbon nanotubes dapat menjadi sensor biologi sangat sensitif untuk mendeteksi satu molekul dalam sel hidup secara real time,mereka mempublikasikannya secara online dalam Alam Nanoteknologi, demonstrasi pertama nanoscale sensor yang dapat digunakan untuk mendeteksi dan menampilkan gambar beberapa jenis molekul dalam sel pada saat yang sama, dengan sensitivitas yang jauh melebihi dari standar alat untuk molekular imaging. Para peneliti menggunakan sensor untuk mendeteksi benda yang merusak DNA, kanker tertentu, termasuk obat dan toxins. Sensor yang akhirnya dapat digunakan untuk memantau efektivitas obat kemoterapi, melacak interaksi molekul dalam sel, dan tes untuk tingkat rendah toxins di lingkungan.

Michael Strano, seorang penulis dan sekutu profesor dari teknik kimia di MIT, mengatakan bahwa pekerjaan merupakan lompatan maju dalam tujuan untuk mengembangkan nanoscale sensor untuk mendeteksi molekul di dalam sel hidup. Struktur kecil yang digunakan untuk deteksi dan imaging fluoresce. Property ini berguna untuk biologi imaging karena inframerah cahaya dapat menembus jaringan lebih mendalam daripada cahaya yang terlihat.
Strano mengatakan bahwa sensor menawarkan beberapa keuntungan lebih penting teduh dyes. Mereka tidak hanya dapat mendeteksi dan menemukan molekul, tetapi berbagai jenis molekul akan mempengaruhi properti sebagai emitted cahaya berbeda. "Bila molekul mengikat ke sana, ia dapat mengubah panjang gelombang atau intensitas cahaya yang keluar," ujar Strano. "Setiap toksin memiliki tanda tangan yang unik. Jadi anda tidak hanya mendeteksi ini, Anda dapat mengatakan sesuatu tentang jenis toksin itu atau jenis obat itu." Dalam studi ini, para peneliti menggunakan dua jenis karbon nanotubes untuk membedakan antara empat kelas berbeda toxins dalam sel hidup, tetapi Strano percaya bahwa sensor dapat dikonfigurasi untuk mendeteksi berbagai molekul dalam satu sel sample.


2. Nanowire
Peneliti di Universitas California, Berkeley, telah membuat sirkuit terpadu pertama yang menggunakan nanowires sebagai sensor dan komponen elektronik. Dengan teknik pencetakan sederhana, grup mampu membangun besar array sirkuit yang seragam, yang dapat digunakan sebagai sensor gambar. "Tujuan kami adalah untuk mengembangkan semua nanowire-sensor" yang dapat digunakan dalam berbagai aplikasi, kata Ali Javey, seorang profesor teknik-listrik di UC Berkeley, yang memimpin penelitian.

Nanowires membuat sensor karena dimensi kecil meningkatkan sensitivitas. Nanowire berbasis sensor cahaya, misalnya, dapat mendeteksi hanya beberapa foton. Tetapi akan berguna dalam perangkat praktis, sensor yang harus terintegrasi dengan elektronika yang dapat memperkuat dan memproses sinyal kecil seperti itu. Ini telah menjadi masalah, karena bahan yang digunakan untuk sensing dan elektronik tidak dapat dengan mudah dikumpulkan pada permukaan yang sama.
Good alignment adalah perangkat yang diperlukan untuk bekerja dengan baik, karena sinyal optik tergantung pada polarisasi cahaya, yang pada akhirnya akan bergantung pada orientasi dari nanowires. Demikian pula, Transistor memerlukan tinggi derajat alignment untuk mengaktifkan dan menonaktifkan dengan baik.



3. Nano Faster,Smarter (gabungan dari nanotubes dan nanowire)
Karbon nanotube berbasis kimia sensor dapat mendeteksi rendah bagian per miliar dari konsentrasi gas rumah kaca. Ia juga dapat pergi dari satu mendeteksi gas lain ke dalam setengah menit. Biasanya, karbon-nanotube-atau-nanowire berbasis sensor, yang dapat sangat peka dalam mendeteksi gas.

Perangkat baru yang dibuat dari dua bagian utama yaitu sebuah ultrasmall gas chromatograph dan instrumen yang biasa digunakan dalam analisis kimia untuk memisahkan campuran dari gas rumah kaca. Untuk membuat versi mikro dari instrumen, para peneliti membuat sketsa yang zigzagging.
Output dari chromatograph feed ke dalam nanotube Sensor. Sensor yang mengandung karbon nanotubes mencakup ruang kecil antara emas electrodes dan berbagai adsorb pada gas karbon nanotubes. Dengan mengukur perubahan daya konduksi setelah mengikat gas ke nanotubes, para peneliti dapat mengidentifikasi gas.
Para peneliti menguji dengan sensor kimia yang meniru toksin syaraf sarin. Mereka dapat mendeteksi miliar molekul dari gas, sesuai dengan konsentrasi 150 miliar per bagian yang telah mendapatkan lebih tinggi sensitivitas dengan nanosensors. Peneliti di Naval Research Laboratory telah karbon nanotube-sensor yang mendeteksi 50 miliar per bagian dari sarin seperti kimia. Li Jing dan rekan-rekannya di NASA Ames Research Center telah meneliti karbon nanotube dan logam-oksida nanowire berbasis Sensor array yang mendeteksi tentang empat bagian per miliar nitrogen dioksida.
Perangkat yang baru, dengan bagian per miliar sensitivitas, mungkin kurang sensitif dibandingkan yang lain, tetapi masih dapat menemukan kegunakan yang praktis, Lebih penting lagi, ia menyajikan kunci kemajuan yang menggabungkan mikro kromatografi kolom dan nanotube sensor ke dalam perangkat portabel yang kecil.

Kesimpulan

Nanoteknologi telah merubah cara pandang manusia terhadap iptek itu sendiri. Dengan menguasai nanoteknologi manusia merasa dapat mewujudkan semua impiannya untuk menciptakan material apa saja di dunia ini. Dalam level nano (sepermilyar meter), atom demi atom atau molekul demi molekul dapat disusun dan dimanipulasi sesuai keinginan kita sehingga tidak terjadi pemborosan atau ketidakefisienan partikel seperti pada material dalam paradigma iptek selama ini. Oleh karena itu nanoteknologi telah men-generate konsep-konsep baru dalam berbagai bidang iptek. Diyakini bahwa nanoteknologi akan membawa revolusi pada seluruh aspek kehidupan manusia dalam waktu yang singkat dengan dampak melebihi empat revolusi yang terjadi sebelumnya.
Di bidang farmasi dan kesehatan, produk-produk kesehatan telah menggunakan partikel nano untuk meningkatkan efektifitas obat. Para pakar di bidang ini kini tengah mengembangkan nanoteknologi untuk drug targeted and delivery system. Obat kini didesain dapat mencapai target dengan dosis tertentu sehingga akan lebih efisien dan efektif. Termasuk terobosan dalam bidang ini adalah penggunaan material cerdas yang diimplantasi dalam tubuh manusia untuk kepentingan pendeteksian penyakit yaitu terobosan dalam perkembangan Nanosensor.

------------------------------------------
Agung Qodar Laksono
Dani Krisdianang
Doni Aga
Heri Setiawan
Andhika putra

...