PROBACA.COM – Pernah melihat anak-anak mencoba menyusun balok mainan menjadi bangunan? Kalau setiap sambungan dibuat kaku, bentuknya mungkin mudah ditebak. Tapi bagaimana kalau sambungannya bisa menekuk dan menyesuaikan diri saat balok-balok itu bertemu?
Gagasan yang terdengar berlawanan dengan intuisi itulah yang dipakai para ilmuwan MIT untuk mengatur nanopartikel—potongan materi berukuran amat kecil—agar membentuk struktur kristal yang belum pernah diamati sebelumnya.
Selama sekitar 20 tahun, anggapan yang umum di bidang ini adalah konektor molekuler yang menghubungkan nanopartikel harus dibuat kaku. Dengan begitu, partikel diharapkan bertemu pada sudut-sudut yang sudah direncanakan. Namun, tim MIT mencoba melakukan hal sebaliknya: membuat konektor itu sangat lentur, sehingga bisa menekuk dan mengatur ulang posisinya ketika nanopartikel saling mendekat.
Hasilnya mengejutkan. Fleksibilitas tersebut justru memberi cara baru untuk mengendalikan bagaimana nanopartikel menyusun diri. Temuan ini dijelaskan dalam makalah yang akan terbit di Nature Materials.
“Ini benar-benar kebalikan dari dogma selama 20 tahun: bahwa konektor harus kaku dan penyimpangan apa pun akan membuat perakitan gagal,” kata Rob Macfarlane, Richard P. Simmons (1953) Professor in Metallurgy di Department of Materials Science and Engineering, MIT. “Kami menunjukkan bahwa jika semuanya dibuat sangat berlawanan, cara itu tetap berhasil.”
Di balik penemuan ini ada prinsip sederhana dalam ilmu material: cara bagian-bagian terkecil suatu bahan tersusun akan menentukan perilaku bahan tersebut. Dengan kata lain, jika ilmuwan mengetahui bahan penyusunnya dan bagaimana susunannya, mereka dapat menjelaskan sifat yang muncul. Mengendalikan susunan itu berarti membuka peluang untuk membuat material dengan sifat baru.
Prinsip ini sangat penting dalam dunia nanopartikel. Ukuran, bentuk, dan sifat nanopartikel bisa disesuaikan untuk berbagai keperluan. Partikel-partikel kecil ini telah dimanfaatkan dalam teknologi penghantaran obat, penyimpanan energi, komputasi, dan sensor.
Masalahnya muncul ketika nanopartikel tersebut harus dirangkai menjadi material yang lebih besar dan teratur. Ilmuwan perlu mengendalikan bukan hanya jumlah tetangga yang terhubung dengan setiap partikel, tetapi juga arah hubungan itu. Tanpa kendali tersebut, nanopartikel cenderung berkumpul dalam susunan yang padat. Akibatnya, pilihan struktur yang bisa dibuat menjadi terbatas.
Selama ini, peneliti biasanya mencoba mengatasi masalah itu dengan dua cara. Mereka bisa mengubah bentuk nanopartikel agar cara partikel-partikel itu saling menempel ikut berubah. Atau, mereka bisa memodifikasi bagian-bagian tertentu di permukaannya, sehingga hanya area tertentu yang menarik partikel lain—mirip kepingan puzzle yang dirancang agar hanya bisa tersambung pada posisi tertentu.
Kedua pendekatan tersebut memang dapat menghasilkan struktur yang berguna. Namun, prosesnya rumit, sangat khusus, dan sulit diterapkan dalam produksi skala besar. Menurut Macfarlane, metode untuk menentukan “bagian mana yang lengket” biasanya dibuat khusus untuk satu jenis material, satu ukuran, dan satu kondisi tertentu. Berguna untuk penelitian, tetapi kurang fleksibel untuk penggunaan yang lebih luas.
Kedua strategi itu juga memanfaatkan molekul yang disebut ligan. Ligan menempel pada permukaan nanopartikel dan membantu menghubungkan satu partikel dengan partikel lainnya. Secara tradisional, ligan dibuat kaku agar hubungan antarp nanopartikel tetap berada pada sudut yang telah ditentukan.
Tim MIT justru bertanya: bagaimana jika ligan diberi kebebasan hampir sepenuhnya untuk menekuk?
Dalam pendekatan baru ini, ligan dapat menata ulang dirinya saat nanopartikel saling mendekat. Proses penataan ulang itu kemudian membatasi jumlah tetangga yang bisa diikat oleh setiap partikel. Jadi, para peneliti tidak perlu mengatur arah setiap sambungan sejak awal. Mereka membiarkan konektor tersebut menyesuaikan diri secara alami ketika partikel mulai berinteraksi.
Laboratorium Macfarlane telah bertahun-tahun mengembangkan cara membuat berbagai jenis nanopartikel menggunakan rantai polimer yang menempel pada permukaannya. Polimer merupakan molekul besar yang tersusun dari unit-unit kecil berulang. Sifat lenturnya membuat polimer cocok dipakai sebagai konektor molekuler yang bisa menyesuaikan diri.
Untuk sistem baru ini, tim memasang ligan yang sangat fleksibel pada nanopartikel. Ujung ligan tersebut membawa muatan listrik: sebagian bermuatan positif dan sebagian lainnya bermuatan negatif. Karena muatan berlawanan saling tarik-menarik, konektor-konektor itu secara alami dapat membengkok menuju pasangan yang sesuai ketika nanopartikel mulai berdekatan.
Penelitian ini melibatkan Nicholas Sbalbi, mahasiswa doktoral MIT; Stephen Kronenberger, mahasiswa doktoral University of Delaware; Hana Shinzawa, mahasiswa sarjana MIT; Matthew Ye PhD ’26; serta Arthi Jayaraman, mantan profesor di University of Delaware.
Menurut para peneliti, strategi tersebut menawarkan perangkat baru untuk merakit nanopartikel menjadi “superkisi”—susunan teratur nanopartikel yang dapat menjadi dasar material dengan sifat yang dirancang khusus. Potensinya mencakup elektronik, kedokteran, teknologi energi, pertanian, hingga manufaktur kimia.
Nah, pelajaran mengejutkan dari temuan MIT ini adalah: dalam merakit material berskala nano, kendali tidak selalu datang dari sambungan yang kaku dan serba ditentukan. Kadang, justru konektor yang bisa menekuk dan beradaptasi yang membuka jalan menuju struktur kristal baru.
***
DISCLAIMER: Sebagian proses pengolahan artikel ini dibantu oleh teknologi AI. Pembaca disarankan memverifikasi kembali data dan informasi melalui sumber resmi atau sumber primer
Disadur dari ScienceDaily
