Pengaplikasian Perak Nanopartikel Pada Bahan Tekstil Untuk Memperoleh Sifat Antibakteri

Kain katun merupakan salah satu jenis bahan tekstil yang sangat umum kita temui di kehidupan sehari-hari, mulai dari bahan sandang maupun non sandang. Pada dasarnya, bahan katun termasuk kategori selulosa karena sifat dari produk tekstil katun sangat mirip dengan bahan selulosa. Entah dari sisi kelebihan ataupun kekurangannya.

Salah satu kelebihan dari material katun yaitu mempunyai daya penyerapan kelembapan yang sangat baik. Bahan katun mampu menyerap uap keringat yang dihasilkan oleh tubuh, sehingga kelembapan di permukaan kulit dan kain akan senantiasa terjaga. Sifat inilah yang menjadi sumber dari kenyamannya saat digunakan. Katun sebagai bagian dari bahan selulosa juga mempunyai beberapa kekurangan. Salah satunya yaitu bersifat rentan dan berpotensi menjadi sarang bakteri ketika digunakan untuk produk sandang.

Perak Nanopartikel Pada Bahan Tekstil

Hingga saat ini, para peneliti terus melakukan pengembangan serat selulosa dan biomaterial tekstil yang mampu meningkatkan ketahanan produk tekstil terhadap bakteri patogen (bakterisida) dan jamur. Salah satu metode yang digunakan oleh peneliti yaitu dengan memasukan ion perak (Ag) pada strukturnya. Aktivitas bakterisida dan bakteriostatik di dasar biomaterial selulosa dan produk serupa bisa diperoleh melalui penambahan ion perak dalam strukturnya dan berubah menjadi nanopartikel ketika direduksi. Sehingga terjadilah interaksi antara perak dan material polimer selulosa melalui ikatan koordinasi.

Peneliti menjelaskan bahwa perak nanopartikel merupakan partikel perak berukuran kurang lebih 100 nm. Perak (Ag) dan senyawa berbasis Ag merupakan senyawa anorganik yang telah dikenal dan masih dipelajari kemampuannya sebagai zat antimikroba untuk diaplikasikan dalam material tekstil.

Proses sintesa perak

Perak adalah zat antimikroba yang efisiensinya dipengaruhi oleh 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 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 maka ukuran nanopartikel perak harus diperkecil.

Menurut literatur, mekanisme aktivitas antimikroba dari Ag+ dan Ag NP sangat mirip. Keduanya dapat berpartisipasi dalam interaksi intermolekuler dengan membran sel bakteri. Ukuran partikel Ag yang lebih kecil dari 10nm pun terbukti menembus bagian dalam sel mikroorganisme. Dengan begitu, perak akan mampu mengikat kelompok tiol enzim dan asam nukleat pada patogen. Meski 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.

Efek samping penggunaan perak nanopartikel terhadap manusia

Menurut para peneliti, manusia dapat menyerap partikel Ag melalui pencernaan, pernafasan, serta kulit. Dalam konteks ini, penyerapan Ag permukaan kulit adalah yang paling umum karena keringat dan ekskresi tubuh lainnya menjadi perantara pelepasan partikel Ag dari serat tekstil ke permukaan kulit. Tetapi, perak nanopartikel tidak akan menimbulkan efek samping pada manusia jika digunakan dalam konsentrasi rendah.

Kelebihan pengaplikasian Ag pada bahan sandang:

1.    Peneliti menuturkan bahwa modifikasi teknik pengaplikasiannya dapat menurunkan resiko efek samping seperti sitotoksisitas, iritasi kulit, dan argirya.

2.       Selain itu, metode sintesa Ag tidak memiliki efek buruk pada keseimbangan ekologi mikroflora kulit manusia yang sehat.

3.       Penggunaan pembalut luka yang memiliki kandungan Ag dapat mempercepat penyembuhan luka dan mencegah infeksi pasca operasi.

4.    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. Penelitian tersebut telah dilakukan dengan menambahkan 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.

Proses Sintesa Perak Nanomaterial

Pada penelitian tersebut telah melakukan pengamatan performa sifat antibakteri pada beberapa strain patogen penyakit pada manusia dan binatang, seperti Staphylococcus epidermidis dan Candida albicans. Nanopartikel dibuat menggunakan larutan Na-CMC dengan konsentrasi 0.1 – 0.4 persen dan larutan perak nitrat AgNO3 dengan konsentasi 0.1 – 0.001 mol/L.

Proses sintesa dilakukan dengan memasukan larutan perak nitrat setetes demi tetes ke dalam larutan Na-CMC hingga menghasilkan larutan campuran homogen senyawa Ag-CMC. Selanjutnya proses reduksi dilakukan dengan metode Photochemical Reduction dan bantuan lampu merkuri pada suhu 25 derajat celcius untuk membentuk perak nanopartikel. Awalnya, Proses Photochemical Reduction akan menghasilkan elektron yang akan bermigrasi dan ditangkap oleh ion Ag di permukaan larutan. Kemudian elektron tersebut mereduksi ion ke perak nanopartikel. Setelah itu, perak nanopartikel akan  membentuk kluster perak sehingga terbentuklah partikel perak dengan ukuran tertentu.

Berdasarkan teori Mott-Gurney theory atau pembentukan larutan koloid silver, setelah nanopartikel perak terbentuk, tahapan pendispersian partikel dilakukan menggunakan dispergator. Pelekatan nanopartikel perak pada kain katun diharapkan mampu memunculkan 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.

Skema pembentukan perak nanopartikel pada struktur molekul Na-CMC dengan metode photochemical reduction

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.

Hasil analisis menggunakan AFM terhadap sampel larutan perak nanopartikel (a) terhadap ukurannya.

Penerapan Perak Nanomaterial pada bahan tekstil

Untuk memperoleh bahan tekstil yang mengandung perak nanopartikel, maka bahan tersebut harus direndam pada larutan Ag-CMC. Ion perak yang terkandung dalam larutan Ag-CMC akan membasahi struktur rongga pada bahan tekstil dan terserap di dalamnya. Setelah itu, proses reduksi dilakukan dengan memaparkan kain yang terbasahi Ag-CMC dibawah sinar UV dari lampu merkuri. Dengan cara ini, ion perak yang telah menyerap pada bahan tekstil akan tereduksi dan kembali ke bentuk perak berukuran nano.

Berikut ini skema proses pembentukan dan fiksasi bahan perak nanopartikel pada material tekstil.

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

Uji aktifitas anti bakteri juga telah dilakukan pada kain katun perak nanopartikel dengan bantuan bakteri Staphylococcus epidermidis dan Candida albicans. Peneliti telah melakukan pengujian untuk menentukan pengaruh jumlah dan ukuran perak nanopartikel terhadap aktifitas antibakteri pada kain tersebut.

Tabel berikut ini menunjukan bahwa perak nanopartikel telah mengurangi jumlah pembentukan koloni bakteri Staphylococcus Epidermis dari nilai 150 koloni/ml menjadi 24 koloni/ml. Perak nanopartikel juga mampu menurunkan jumlah bakteri Candida Albicans dari nilai 150 koloni/ml menjadi 15 koloni/ml. Pengurangan jumlah koloni tersebut menandakan bahwa keberadaan perak nanopartikel pada bahan kain katun telah berhasil mengurangi pertumbuhan bakteri dan memiliki sifat antibakteri yang baik.

Disamping itu, peneliti 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 daripada bentuk lainnya. Partikel nano perak pada ukuran 5 – 35 nm juga berhasil menunjukan bahwa bakteri sama sekali tidak dapat tumbuh pada kain. Hal tersebut dengan pengamatan peneliti pada tabel berikut ini

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

Sumber: Buletin Tekstil Edisi 18