Pemanfaatan Nanopartikel Titanium Dioksida untuk Menciptakan Kain Anti-bakteri

Teknologi nano mengalami perkembangan yang begitu pesat dalam satu dekade terakhir. Pemanfaatan nanopartikel dalam tekstil memungkinkan kita untuk meningkatkan kegunaan dan nilai suatu produk. Seperti sifat antibakteri, anti api, membersihkan diri, dan karakter lainnya.

Sifat-sifat tersebut sangat bergantung pada jenis nanopartikel yang tertanam pada bahan tekstil serta mekanisme penggunaannya.

Kali ini kita akan secara khusus membahas potensi pemanfaatan nanopartikel TiO ₂ bagi pengembangan kemampuan self-cleaning dan antibakteri material tekstil.

Nanopartikel adalah partikel terdispersi atau padat dengan ukuran sekitar 10 – 100 nm.  Singkatnya, nanopartikel merupakan material sangat kecil yang hanya berukuran 0,00001 milimeter.

Metode sintesis material nano terbagi menjadi dua, yaitu pendekatan “bottom-up” dan “top-down”, seperti gambar berikut.

Dalam mekanisme "bottom-up" nanopartikel didapatkan dari perakitan atom dan molekul. Sedangkan pendekatan "top-down" bergantung pada fragmentasi atau pemrosesan material skala makro menjadi objek berukuran nano.

Pembuatan nanopartikel melalui pendekatan “top-down” dan “bottom-up”.

Hasil proses sintesis senyawa akan memiliki sifat intrinsik baru. Contoh sederhana yaitu partikel logam perak yang mempunyai sifat antibakteri saat berukuran nano.

Tidak hanya perak, zat lain dan logam juga bisa dibentuk menjadi versi nano untuk memperoleh fitur tersebut.

Bahan Nanopartikel Titanium Dioksida

Titanium dioksida dengan rumus kimia TiO₂ terbentuk secara alami. Senyawa tersebut berasal dari mineral ilmenite, rutile, dan anatase yang sering digunakan sebagai material cat, pelindung matahari, dan pewarna makanan.

Jika unsur titanium dioksida dipakai sebagai pigmen makai ia akan menghasilkan warna putih atau CI 77891 atau Pigment White 6 (PW6). Nanopartikel TiO ₂ kerap dimanfaatkan dalam tabir surya karena mampu memblokir radiasi ultraviolet.

Nanopartikel TiO ₂ mempunyai karakteristik unik berupa aktivitas fotokatalitik yang bisa dikembangkan sebagai dasar teknologi self-cleaning. Ciri khusus itu dapat disematkan pada berbagai bahan, termasuk material tekstil.

Penerapan Nanopartikel Titanium Dioksida (TiO ₂) Pada Bahan Tekstil

Self-cleaning adalah sebuah penemuan paling mencengangkan dalam teknik pelapisan kain berteknologi tinggi. Topik ini menyedot banyak perhatian sejak peneliti menemukan fenomena yang dikenal sebagai "Efek Teratai". Kebersihan daun Teratai disebabkan oleh gabungan efek topografi dan hidrofobisitas senyawa di permukaannya.

Para peneliti pun melakukan uji coba “Lotus-Effect” sebagai sistem pelapisan dengan berbagai cara. Sifat self-cleaning akan memberikan kualitas terbaik karena material tersebut hanya membutuhkan air untuk membersihkannya. Bahan berlapis material ini juga tidak akan terlihat kusam meski dipakai dalam waktu lama.

Sifat self-cleaning photocatalytic didasarkan pada kemampuan TiO ² untuk menghasilkan Reactive Oxygen Species (ROS) ketika terpapar sinar ultraviolet (UV) maupun cahaya matahari. ROS akan mendegradasi senyawa organik menjadi CO ² dan H ² O seperti gambar berikut.

Mekanisme fotokatalitik nanopartikel TiO ₂ untuk pengembangan self cleaning textile

Dalam keseharian kita, kotoran dan noda dapat mengotori permukaan bahan tekstil. Pakaian kotor perlu dicuci agar bersih. Penggunakan detergen dari permukaan bahan tekstil bertujuan menghancurkan bahan anorganik yang menempal pada bahan tekstil.

Dengan coating nanopartikel TiO₂, material tekstil akan tetap bersih karena noda dan kotoran tidak akan menempel pada bahan tersebut.

Sejumlah peneliti dari The University of Yaoundé, Université Paris-Est, dan Université de Bordeaux telah mencoba menerapkan sifat fotokatalitik pada kain tenun. Mereka juga menguji keefektifan bahan tersebut dengan noda senyawa organik berbentuk metilen biru.

Setelah terpapar sinar matahari selama 5 jam, peneliti menemukan degradasi noda yang sangat signifikan setelah kain dilapisi nanopartikel titanium dioksida.

Hasil Uji Fotokatalitik TiO ₂ pada Kain Katun; (a) topografi kain katun kosong; (b) topografi kain katun berlapis nanopartikel TiO ^{2 ;} (A) Noda biru metilen pada kain berlapis nanopartikel TiO ^{2 ;} (B) Hasil penghilangan noda melalui proses fotokatalitik pada kain berlapis nanopartikel TiO ² melalui proses pengeringan di bawah sinar matahari selama 5 jam.

Nanopartikel Titanium Dioksida untuk Kain Anti-bakteri

Fakta menyebutkan bahwa para peneliti sudah mempelajari fenomena fotokatalitik sejak tahun 1970. Reaksi fotokatalitik diaktifkan oleh kehadiran foton dari sinar matahari atau UV yang akan menghasilkan elektron dari pita valensi ke pita konduksi dan melubangi pita valensi.

Elektron itulah yang akan mereduksi warna polutan dan bereaksi dengan akseptor electron. Seperti O ² yang teradsorpsi pada permukaan katalis atau dilarutkan dalam air sehingga membentuk anion radikal superoksida.

Lubang oksidasi molekul organik akan bereaksi dengan OH– atau H ² O untuk menghasilkan OH radikal hidroksil.

§  OH merupakan spesi kuat yang mampu menguraikan hampir semua jenis senyawa organik pencemar (dalam konteks ini berupa noda). Produknya berupa CO ² dan H ² O atau dapat degradasi, oksidasi dan reduksi.

Serangkaian reaksi tersebut mampu menghilangkan noda dan kotoran pada kain. Mekanisme itulah yang disebut self-cleaning fotokatalitik. Keseluruhan reaksi fotokatalitik dapat digambarkan sebagai berikut:

Pengembangan Tekstil Antimikroba dengan Nanopartikel Ag-TiO ₂

Sterilisasi permukaan adalah sifat intrinsik lain dari bahan nanopartikel TiO _2. Properti ini mengacu pada mekanisme fotokatalitik yang terjadi ketika material terkena sinar matahari atau sinar UV.

Sampai saat ini, para peneliti belum menyetujui mekanisme sterilisasi permukaan menggunakan nanopartikel TiO ₂. Tapi mereka yakin bahwa spesies oksigen yang dihasilkan oleh TiO ₂ adalah pembunuh utama sel bakteri.

Dengan kata lain, nanopartikel titanium dioksida yang terpapar sinar matahari mampu menghasilkan senyawa anti-bakteri. Sehingga nanopartikel TiO ₂ berfungsi sebagai zat antibakteri aktif untuk bahan tekstil.

Mekanisme eliminasi bakteri oleh partikel nano TiO ₂

Sifat antimikroba bahan tekstil bisa dikembangkan menggunakan partikel titanium dioksida berukuran nano.

Peneliti berhasil mengembangkan teknologi agen pembentuk biobarrier antimikroba dari kombinasi nanopartikel TiO ₂ dan 3-(trimethoxysilyl) propyl-N,N,N dimethyloctadecyl ammonium chloride (SiQAC). Hasilnya bisa aplikasikan pada permukaan kain katun dan menghasilkan lapisan anti-mikroba.

Penambahan material SiQAC dalam pembuatan pelapis antimikroba mampu meningkatkan daya tahan nanopartikel pada bahan tekstil.

Material SiQAC mampu memaksimalkan daya rekat dan ketahanan luntur material nanopartikel pada kain katun. 

Skema fungsionalisasi nanopartikel TiO ₂ dengan 3-(trimetoksisilil) propil-N,N,N dimetiloktadesil amonium klorida papa pembuatan biobarrier antimikroba kain katun

Hasil pengujian biobarrier antimikroba menggunakan bakteri S. Aureus dan E. Coli menunjukkan bahwa penambahan lapisan biobarrier antimikroba menghasilkan zona hambat pada semua sampel.

Bercak putih pada sampel menggambarkan zona hambat

Jika ukuran bercak putih besar dan banyak maka aktivitas bakteri juga makin banyak. Sehingga dapat disimpulkan bahwa nanopartikel TiO ₂ sangat berpotensi menjadi bahan baku pembuatan kain antibakteri.

Sumber: Buletin Tekstil Edisi 24