Fullerene ~dari teknologi ruang angkasa hingga anti virus HIV~

Edi Sukur

Post Doctoral Fellow pada Tonen General Sekiyu K.K., Jepang

 

Beberapa tahun ini, perkembangan nano- teknologi melaju sangat cepat. Teknologi ini diprediksikan oleh futuris Alvin dan Heidi Toffler dalam sebuah makalahnya sebagai “Teknologi 50 Tahun Mendatang“. Kenyataan ini makin diperkuat oleh sikap dari berbagai negara maju yang memberikan perhatian lebih terhadap nanoteknologi. Salah satunya adalah penelitian fullerene (C60), senyawa dengan bentuk unik seperti bola dengan jari-jari 0.7 nanometer (1 nanometer sama dengan satu per satu milyar meter). Unsur pembentuk fullerene seluruhnya terdiri dari karbon. Pada awalnya ini tidak diakui oleh para ahli kimia karbon karena struktur senyawa kristal karbon yang ada di alam ini hanyalah intan dan grafit. Sedangkan yang lainnya ada dalam bentuk amorphous, artinya tidak berbentuk atau bukan kristal.

Fullerene memiliki sifat fisik yang sangat stabil dan kuat, bahkan dikatakan tidak hancur walau dilempar dengan kecepatan roket. Namun secara kimiawi ia mudah bereaksi karena banyak memiliki ikatan kovalen di seluruh permukaannya. Karakteristik ini sangat berbeda dengan dua generasi kristal karbon sebelumnya yaitu intan dan grafit, sehingga membuka peluang aplikasi yang luas antara lain dalam bidang elektronika, kimia dan kedokteran.

Gambar 1. Struktur Buckminsterfullerene, C60

Gambar 2. Fullerene dalam bentuk FCC

Gambar 3. Turunan C60 yang bersifat ferromagnet (sumber Nature 1992, 355, p331)

Penemuan Fullerene

Fullerene ditemukan secara tak sengaja oleh Harold W. Kroto, salah seorang profesor di Sussex University, Inggris. Kroto sebetulnya seorang spektroskopis gelombang mikro yang meneliti hubungan rantai karbon antar bintang di ruang angkasa. Antara tahun 1975-1978 ia berhasil mendeteksi berbagai macam rantai karbon seperti HC5N, HC7N dan HC9N. Kroto berasumsi bahwa rantai karbon itu berasal dari ledakan saat terbentuk bintang baru.

Ketika mengunjungi laboratorium Richard Smalley di Rice University, Houston tahun 1984, Kroto mendapatkan sebuah instrumen unik, yang disebut “Laser vaporization cluster beam apparatus” yang dipakai grup Smalley untuk mensintesa cluster, yaitu kumpulan kurang lebih 100 buah atom silicon dan germanium. Kroto meyakinkan Smalley bahwa alat ini bisa dipakai untuk mensimulasikan ledakan yang terjadi saat lahirnya bintang-bintang di ruang angkasa yang akan menghasilkan senyawa karbon seperti yang dipikirkannya. Mereka mempraktekkan simulasi itu pada bulan September 1985, namun tidak berhasil mendapatkan rantai karbon seperti yang diprediksikan. Saat itu hanya diketahui senyawa C60 yang jumlahnya lebih banyak dibandingkan senyawa lainnya.

Bentuk fullerene seperti yang sekarang dikenal baru mereka sadari setelah melihat geodesic dome berbentuk bola karya R. Buckminster Fuller. Namun sayang saat itu tidak ada data valid yang benar-benar menunjukkan bahwa C60 berbentuk bola, walaupun para ahli saat itu sudah mulai mengakui C60 adalah senyawa yang stabil.

Pembuktian fullerene berbentuk bola baru berhasil dilakukan tahun 1990, ketika tim gabungan Amerika dan Jerman yaitu Kratschmer dan Huffman, berhasil memproduksi fullerene dalam jumlah besar, walaupun sebetulnya hanya beberapa miligram saja. Cara yang dipakai lebih sederhana, yaitu dengan memanaskan dan menguapkan batangan karbon di dalam tabung hampa udara. Cara ini disebut dengan thermal resistance method. Karbon akan menempel pada bagian dalam tabung yang mengandung C60 sampai 10%. Setelah itu dilakukan pengukuran spektroskopis yang membuktikan bahwa fullerene berbentuk bola. Nama Buckminster Fullerene dipakai untuk mengenang arsitek geodesic dome, sedangkan nama lainnya adalah Bucky ball. Kroto dan grupnya sendiri mendapatkan hadiah nobel bidang Kimia pada tahun 1996.

Sebetulnya Kroto bukanlah orang pertama yang memprediksikan fullerene berbentuk bola. Tahun 1970 Eiji Ohsawa, profesor di Toyohashi University, sudah mensimulasikan bahwa C60 adalah sebuah  senyawa karbon berbentuk bola yang stabil. Hal itu diawali ketika beliau mensintesa Corannulene (C20H20) yang berbentuk senyawa sepertiga bola. Namun sayangnya paper ilmiah Ohsawa ditulis dalam bahasa Jepang sehingga tidak terdengar gaungnya di Eropa.

Aplikasi Fullerene

Grup Smalley mengembangkan “Metal Inclusion”, yaitu memasukkan logam ke dalam fullerene. Hal ini dillakukan dengan asumsi, jika fullerene berbentuk bola tentu ada ruang kosong di dalamnya yang dapat dimasukkan logam. Walaupun hal ini tidak dapat dijadikan bukti bahwa fullerene berbentuk bola, namun dari hasil percobaan menunjukkan bahwa logam dapat dimasukkan ke dalam fullerene dengan cara menempatkan grafit yang sudah dilapisi logam pada peralatan cluster laser.

Hal yang menarik dari penelitian ini adalah membuat fullerene memiliki muatan. Fullerene akan mendapatkan elektron dari logam yang ada di dalamnya, sehingga logam bermuatan positif, sedangkan fullerenenya sendiri menjadi bermuatan negatif. Dengan demikian akan didapatkan hasil seolah-olah seperti sebuah atom raksasa bermuatan positif di dalamnya dan bermuatan negatif di luarnya. Atom raksasa ini kemudian disebut dengan super atom. Pada masa depan jika teknologi ini sudah makin berkembang, fullerene dapat di isi dengan logam-logam radioaktif sisa bahan bakar nuklir. Selain itu dapat juga dipakai untuk pengobatan kanker dengan memasukkan logam radioaktif dan menempatkan radioaktif tersebut pada daerah kanker saja.

Yang tak kalah menariknya adalah dengan membuat polimer fullerane yang diperkirakan akan memiliki sifat magnet. Asumsi itu didasarkan pada struktur fullerane yang membentuk struktur face centered cubic (fcc). Dalam suhu dan tegangan tinggi (6GPa, 1025-1050K) bersamaan dengan berubah miringnya struktur fullerene ini akan terbentuk ikatan kovalen yang menyebabkan terjadinya polimer yang mirip dengan struktur grafit. Di atas ikatan kovalen yang terbentuk itulah elektron akan berputar yang menyebabkan munculnya sifat magnet. Sifat magnet ini dapat dimanfaatkan dalam dunia elektronika, contohnya memori komputer, sensor magnetik ataupun dunia kedokteran.

Dalam nanoelektronik fullerene memiliki keunggulan dalam sifat superkonduktornya. Seperti kita ketahui superkonduktor adalah suatu material yang tidak memiliki hambatan atau resistensi di bawah suatu nilai suhu tertentu. Dia bisa saja bersifat konduktor, semikonduktor atau isolator pada suhu ruang. Suhu dimana terjadi perubahan sifat konduktifitas menjadi superkonduktor disebut dengan temperatur kritis (Tc).

Pada dasarnya fullerene dalam bentuk kristal bersifat isolator, namun ketika di-doping dengan metal alkali A3C60 (A = K, Rb) fullerene berubah sifat menjadi superkonduktor. K3C60 misalnya memiliki temperatur kritis pada 15K, sedangkan rata-rata fullerene yang di-doping dengan metal alkali memiliki temperatur kritis 30K. Walaupun masih jauh dibandingkan dengan keramik superkonduktor yang rata-rata mempunyai temperatur kritis 90K, namun fullerene cukup menjanjikan sebagai bahan superkonduktor masa depan. Apalagi pada tahun 2000 Lucent Technology Co. Ltd. berhasil menemukan sifat superkonduktor dari single crystal fullerene pada temperatur kritis 52K, yang ketika di-doping dengan tribromometan (CHBr3) berhasil menunjukkan sifat superkonduktor pada suhu 117K. Hasil ini hampir mendekati temperatur kritis tertinggi yang saat ini dimiliki oleh Hg0.8Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8.33 pada suhu 138K.

Walaupun belum diaplikasikan secara langsung, sifatnya sebagai superkonduktor akan dapat dipergunakan secara luas di bidang elektronika. Efisiensiensinya yang mencapai 99% menyebabkan sangat sedikit listrik yang terbuang menjadi panas. Kemampuan ini dapat dimanfaatkan sebagai transmisi listrik untuk mengganti transmisi kawat tembaga bawah tanah seperti yang sedang direncanakan Jepang dan Amerika.

Dalam dunia kedokteran, dengan sifat stabil dan non-toxicnya fullerene dapat dipergunakan sebagai obat, salah satunya adalah obat anti virus HIV. “Bola” fullerene dengan sifat lipophilic-nya (mudah menyatu dalam lemak atau minyak) akan mudah masuk ke dalam struktur protease yang menjadi tempat perkembangbiakan virus HIV. Dengan demikian dia bisa menahan laju pertumbuhan virus HIV. Cara ini sebetulnya dikhawatirkan akan mendapat hasil yang sama dengan saat menggunakan obat anti HIV lain yang mengalami kegagalan disebabkan perubahan bentuk virus HIV yang berubah-ubah. Namun dengan bentuknya yang bulat seperti bola, permukaan fullerene dapat dimodifikasi dengan berbagai macam fungsi yang diharapkan dapat menahan perkembangbiakan virus HIV tersebut. Dalam waktu dekat perusahaan obat C Sixty yang bertempat di Toronto, Canada akan mengeluarkan obat ini yang berbasis pada fullerene.

Demikian beberapa aplikasi yang saat ini banyak menjadi perhatian para ahli di bidangnya masing-masing. Masih banyak hal-hal lain yang belum diketahui dari material yang saat ini menjadi primadona. Penelitian tentang fullerene ini akan terus berkembang, apalagi dengan makin banyak cara yang ditemukan untuk memproduksi ‘bola’ fullerene dengan murah dan mudah. Menurut Chemical Week, Mitsubishi Chemical akan menekan harga fullerene dari 20$ per gram (tahun 2000) menjadi 0.2$ per gram pada 2004. Harga ini tentu membuat para peneliti makin bersemangat untuk menemukan hal baru lainnya dari fullerene.

Referensi

H.-B.Burgi,E.Blanc,D.Schwarzenbach,Shengzhong Liu,Ying-jie Lu,M.M.Kappes, J.A.Ibers, Angew.Chem.,Int.Ed.Engl., 31, p640,1992 (FCC).

P.W.Stephens,D.Cox,J.W.Lauher,L.Mihaly,J.B.Wile,P.-M.Allemand,A.Hirsch,K.Holczer,Q.Li,J.D.Thompson,F.Wudl, Nature (London), 355, p331,1992 (magnet).

Diakses oleh :@_pararaja

 

2 thoughts on “Fullerene ~dari teknologi ruang angkasa hingga anti virus HIV~

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s