Teknik Baru Mengungkap Rahasia Plasma

Para peneliti Universitas British Columbia (UBC) mengembangkan sebuah teknik yang dapat membawa ilmuwan satu langkah lebih maju dalam mengungkap rahasia dari bentuk materi terbesar di alam ini (plasma − red).

Plasma − atau gas yang terionisasi − dapat ditemukan di bola lampu, ataupun di ledakan nuklir. Bagian atas atmosfer bumi adalah plasma, sebagaimana petir dan semua bintang yang menerangi langit di waktu malam.

Hampir seratus tahun, fisikawan bekerja untuk mengembangkan teori- teori matematika berkaitan dengan keadaan plasma, tetapi pengetahuan terperinci tentang plasma dan dinamika interaksinya sulit untuk dipahami. Plasma convensional bersifat panas, komleks dan sulit untuk dikarakterisasi baik di alam maupun di laboratorium.

Baru-baru ini, sejumlah kecil laboratorium telah mulai mengembangkan plasma kelas baru yang sangat sederhana sehingga menjanjikan untuk membawa pemahaman kita ke tingkat yang baru. Disebut sebagai plasma lewat dingin, sistem ini dimulai dengan atom yang terperangkap, didinginkan sampai beberapa derajat di atas nol abosolut, untuk menciptakan awan ion dan elektron yang berada dalam keadaan hampir diam. Dengan kontrol ini, peneliti dapat mempelajari langkah-langkah dasar bagaimana plasma terlahir dan bertumbuh.

Untuk pertama kalinya, para peneliti UBC telah menemukan cara untuk menciptakan plasma lewat dingin dari molekul. Dimulai dengan sample gas yang didinginkan dalam pemancar molekuler supersonic, sebuah kelompok yang dipimpin Ed Grant, professor dan kepala Fakultas Kimia UBC, menciptakan sebuah plasma nitric oxide dengan temperatur ion dan elektron sedingin plasma yang diciptakan dari atom yang terperangkap.

Plasma ini bertahan selama 30 mikrodetik atau lebih, tidak seperti atom, ion-ion molekuler dapat terdisasosiasi secara cepat melalui rekombinasi dengan electron.”Adalah keajaiban bahwa plasma kami bisa terbentuk sama sekali,” ujar Grant.”Kami pikir partikel bermuatan tinggi yang kami ciptakan ikut campur dalam rekombinasi ion − elektron.”

Teknik mereka yang dijelaskan secara rinci dalam edisi terbaru jurnal Physical Review Letters, tidak hanya memproduksi plasma dengan muatan 3 kali lebih padat dari yang dibuat dengan atom yang terperangkap, tetapi juga terlihat mencapai tingkat korelasi yang lebih tinggi, sebuah faktor yang mendeskripsikan gerakan menyerupai cairan yang terjadi.

“Molekul mewakili cawan suci dari sains lewat dingin,” kata Grant.”Kemampuan untuk tidak menggunakan teknik atom terperangkap memberi kami kebebasan dan dapat menuntun seluruh ilmu bidang fisika ke arah yang baru.”

Grant menambahkan bahwa pemahaman lebih lanjut tentang plasma lewat dingin pada tingkat molekuler dapat membuka pengetahuan baru tentang planet planet gas(Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus di tata surya kita), bintang White Darf, proses fusi termonuklir dan sinar X-.

Sumber : www.chem-is-try.org

Jalur Cepat Pembuatan Bensin

Proses untuk mengubah serpihan kayu, limbah pertanian dan biomasa lainnya menjadi bahan bakar transportasi telah meyita perhatian para peneliti. Salah satu dari peneliti yang tertarik mengembangkan teknologi ini adalah insinyur kimia George W. Huber, yang timnya di University of Massachusetts, Amherst melaporkan suatu proses pirolisis katalitik selektif yang untuk pertama kalinya mampu mengubah secara langsung selulosa kedalam senyawa yang dapat dipakai untuk membuat bensin (ChemSusChem, DOI: 10.1002/cssc.200800018)

Masalah yang terbesar dari konversi biomasa adalah yang dinamakan “recalcitrance” dari tanaman, yaitu ketidakmampuan secara cepat dan ekonomis untuk mengubah secara langsung karbohidrat kompleks dari tanaman menjadi bahan kimia berguna dan bahan bakar. Para peneliti mencari beberapa pendekatan baik fisis, kimia dan biologis untuk mengatasi masalah recalcitrance ini, termasuk teknik pirolisis baru yang dikembangkan oleh Huber dan mahasiswa pascasarjananya Torren R. Carlson dan Tushar P. Vispute.

Pirolisis adalah sebuah metode baku yang melibatkan pemanasan material padat organik, termasuk limbah pertanian dan industri pada suhu tinggi dan kedap oksigen. Proses ini akan mendekomposisi material tersebut menjadi campuran hidrokarbon cair.

Para peneliti di UMass mengidentifikasi kondisi − kondisi reaksi yang diperlukan untuk mengontrol pirolisis dari serbuk selulosa dan karbohidrat berbasis biomasa lainnya yang dicampur dengan serbuk halus katalis zeolite ZSM5. Selulosa pertama-tama akan terdekomposisi menjadi bahan organik volatil teroksigenasi yang secara selanjutnya memasuki pori-pori zeolit dan secara selektif mengalami serangkaian reaksi dekabonilasi, dehirasi, oligomerisasi dan reaksi lainnya. Huber mengatakan, proses mereka memakan waktu kurang dari 2 menit pada suhu 600°C didalam reaktor yang didesain khusus yang dapat menghailkan senyawa-senyawa aromatis berupa naphthalene, ethylbenzene, toluene, dan benzene; produk samping termasuk arang, H₂O, CO, dan CO₂.

Namun proses ini masih memiliki beberapa batasan saat ini. Sebagai contoh, para peneliti masih memakai selulosa murni sebagai bahan awal pirolisis. Tambahan lain, regulasi di US metapkan jika campuran bensin harus mengandung senyawa aromatis lebih kecil dari 25% termasuk kurang dari 1% untuk bensen.

Huber mengatakan, kalau menggunakan bahan biomasa alami harusnya akan menghasilkan produk yang sama dengan memakai selulosa murni ketika proses ini nantinya telah dioptimalisasi. Dia juga menyadari bahwa batasan peraturan dari bensin terhadap kandungan senyawa aromatis akan membatasi pemakaian produknya. Namun dia menjelaskan produk aromatis ini dapat dicampur dengan senyawa alkana dan komponen lain untuk membuat bensin standar, atau senyawa aromatis dapat di hirogenasi untuk menghasilkan alkana. Jika kami menggabungkan langkah hidrogenasi didalam proses ini maka secara prinsip akan dapat mengahsilkan bensin yang standar, ungkap Huber.

Huber, bersama para mahasiswanya.

Metode pirolisis baru ini merupakan metode sederhana untuk mengolah biomasa dalam jumlah yang besar dengan waktu yang singkat, komentar John R. Regalbuto, direktur dari National Science Foundation, yang mensuport kegiatan Huber. Proses Huber ini yang mengubah secara langsung selulosa menjadi bensin aromatis merupakan teknologi terdepan saat ini yang telah mengubah paradigma terhadap pembuatan bensin alternatif terbarukan, kata Regalbuto lebih lanjut.

Sumber : www.chem-is-try.org

Cat Pemulih dan Pembungkus Pintar dari bahan Nano Partikel

Peneliti kimia di Universitas Warwick telah menciptakan proses elegan yang sederhana dan murah yang dapat menutupi partikel polimer dengan lapisan nano partikel berbahan silika. Hasil akhir berupa material berdaya tahan tinggi yang dapat digunakan untuk menciptakan berbagai material berdaya guna tinggi seperti cat pemulih, dan pembungkus pintar yang dapat dibentuk untuk mengijinkan air dalam jumlah tertentu, udara ataupun keduanya untuk lewat dengan arah tertentu.

Penelitian yang dipimpin oleh Dr Stefan Bon dari Fakultas Kimia Universitas Warwick, telah menciptakan “proses emulsi polimerasi bebas sabun” yang membuat parikel koloid polimer tersebar di air dan dalam satu langkah sederhana mencampur silika ukuran nano ke dalam campuran. Partikel nano berbahan silika ini (berukuran sekitar 25 nanometer) akan melapisi koloid polimer dengan lapisan yang “menubruk” polimer tersebut seperti ikan yang dilapisi remah-remah roti.

Proses ini menghasilkan polimer latex yang kuat. Polimer ini dapat digunakan untuk membuat cat anti gores dimana goresan-goresan akan memulihkan dirinya sendiri. Polimer ini dapat pula diubahsuai untuk menghasilkan pembungkus berbasis polimer yang akan memungkinkan air dan udara lewat dengan cara tertentu. Lapisan berbentuk bola dengan permukaan kasar juga memungkinkan mereka untuk menciptakan lembaran-lembaran polimer dengan luas permukaan yang lebih besar dari umumnya yang memungkinkan interaksi yang lebih efisien dengan material lainnya.

Kegunaan dari proses ini tidak hanya berhenti disitu. Dengan mengulangi proses pelapisan pada permukaan polimer yang telah dilapisi oleh partikel nano berbasis silika, para peneliti mampu menghasilkan partikel dengan karakter dan kegunaan yang lebih luas. Gambar di atas menunjukkan koloid polimer yang telah dilapisi ulang dan dicitra dengan mikroskop elektron.

Kalangan industri tertarik tidak hanya pada kekuatannya, akan tetapi juga pada kemudahan dan biaya rendah dari proses tersebut. Para peneliti Warwick telah mengerjakan sejumlah proses lain yang melapisi polimer sebagai pelindung, akan tetapi mereka membutuhkan beberapa langkah untuk mencapai hasil akhir yang diinginkan. Proses baru ini memangkas waktu yang dibutuhkan secara signifikan untuk menciptakan material semacam itu dan dalam satu langkah dapat diproduksi secara masal dengan peralatan industri saat ini.

Jumlah material yang dapat dihasilkan dari proses ini juga akan memukau kalangan industri karena peneliti dari Warwick menunjukkan bahwa jumlah produk yang dapat dihasilkan adalah sekitar 45% dari total volume larutan berbahan air yang digunakan dalam proses ini. Jumlah ini lebih tinggi dari proses lainnya yang hanya menghasilkan 1 − 10 % dari total volume air yang digunakan.

Sumber : www.chem-is-try.org

Katalis di dalam Tabung Karbon Nano

Memasukkan partikel logam berukuran nano kedalam karbon nanotubes akan mengubah sifat redoks dari partikel dan dapat meningkatkan efektifitasnya sebagai katalis, menurut sebuah penelitian baru (J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja8008192). Investigasi ini bertujuan utama untuk mengembangkan prosedur baru dalam mengubah – ubah sifat elektronik dari partikel berukuran nano yang dapat diaplikasikan dalam bidang katalisis, sensor gas dan peralatan magnetis

DIDALAM ATAU DILUAR? Sebuah metode baru dapat mendeposit partikel katalis berukuran 5 nm didalam karbon nanotubes (gambar kiri). Dibandingkan dengan partikel diluar tabung (kanan), partikel didalam nanotubes menunjukkan peningkatan aktifitas katalis.

“Carbon nanotubes” bisa dikatakan serupa dengan karbon aktif yang digunakan secara komersial sebagai penyangga katalis, namun karbon nanotubes memiliki sifat elektronik yang unik yang menjadikannya penyangga katalis yang lebih baik dari karbon aktif untuk reaksi-reaksi tertentu. Para peneliti secara khusus sangat tertarik dengan efek yang ditimbulkan dari penempelan partikel katalis pada permukaan dalam tabung, yang selama ini penelitian sebelumnya hanya mampu menempelkan partikel logam dipermukaan luar.

Sekarang Xinhe Bao, Xiulian Pan, Wei Chen, dan Zhongli Fan di Dalian Institute of Chemical Physics, China, telah memperlihatkan metode fase larutan yang dibantu dengan ultrasonication secara selektif mampu mendeposit partikel nano besi oksida kedalam karbon nanotubes. Partikel ini merupakan prekrusor sebagai katalis dalam sintesa Fischer-Tropsch (FT), sebuah metode untuk membuat bahan bakar sintetik dari campuran CO dan hydrogen.

Tim peneliti tersebut menemukan bukti bahwa partikel yang terperangkap lebih sensitif terhadap reduksi kimia daripada partikel yang menempel di permukaan luar nanotubes. Secara khusus, mereka melaporkan dengan dimasukkannya partikel besi oksida ke dalam nanotubes akan meningkatkan rasio antara besi karbida dengan besi oksida sebesar dua kali lipat di permukaan katalis ketika terjadi reaksi. Konsentrasi tinggi dari besi karbida ini dipercaya sangat berpengaruh dalam reaksi FT.

Karbon Nanotubes, Tiga jenis karbon nanotube berdasarkan susunan atom karbon di dindingnya

Dalam test FT sintesis tersebut, mereka juga mengamati konsentrasi hidrokarbon yang terbentuk dengan rantai karbon lebih atau sama dengan lima rantai. Mereka mendapati peningkatan produksi hidrokarbon rantai panjang enam kali lebih besar dengan menggunakan katalis karbon nanotubes yang diisi di dalamnya dengan partikel besi oksida dibandingkan dengan nanotubes yang dilekati partikel besi oksida diluarnya.

Untuk menghindari hambatan difusi pereaktan masuk mendekati permukaan katalis yang berada didalam tabung, para peneliti mensiasatinya dengan memotong-motong tabung menjadi potongan yang lebih pendek. Ditambah lagi bahwa reaksi berjalan lebih baik dengan memasukkan partikel katalis kedalam tabung juga telah membuktikan bahwa difusi bukanlah menjadi halangan yang serius.

“Ini merupakan kerja yang luar biasa” kata Charles H. F. (Chuck) Peden, seorang ilmuwan senior di Pacific Northwest National Laboratory. Disini nyata sekali perbedaan yang dramatis dari sifat-sifat fisis dan kimia dari partikel katalis ketika diletakkan diluar dan didalam tabung, komentarnya lebih lanjut.

Disadur dari : www.chem-is-try.org

Stronsium Memperkuat Tulang Tiruan

Stronsium menawarkan sebuah pendekatan baru untuk penggantian tulang, sebuah temuan baru oleh peneliti-peneliti di Perancis.

Tim peneliti yang terdiri dari berbagai disiplin ilmu ini menggunakan teknik-teknik sol-gel untuk membuat keramik kalsium fosfat yang mengandung stronsium. Jean-Marie Nedelec dari Blaise Pascal University di Aubiere, pemimpin tim penelitian ini, mengatakan bahwa “sifat-sifat anti-inflammatory yang ditemukan untuk material ini dan efek anti-osteoporosis yang telah diketahui dari stronsium sangat menarik dan menjanjikan”. Dia menyebutkan bahwa penggunaannya yang potensial bisa mencakup pengaplikasian biomedik seperti penggantian tulang, perancah untuk teknik jaringan, dan prostesa lapis seperti penggantian pinggul untuk meningkatkan kepaduan dengan tulang.

Kalsium fosfat membentuk beberapa fase kristal berbeda; yang paling umum dalam tulang dikenal sebagai whitlockit beta-Ca₃(PO₄)₂ dan hidroksipatit Ca₅(PO₄)₃OH. Material-material berbasis hidroksipatit sebelumnya telah digunakan dalam aplikasi medis. Telah diketahui bahwa ion-ion stronsium bisa menggantikan kalsium dalam tulang, dan pemakaian suplemen stronsium lewat mulut bisa meningkatkan pembentukan dan kepadatan tulang, dan menjadi perawatan efektif untuk osteoporosis.

Material-material yang didoping dengan stronsium, seperti yang ditemukan oleh tim peneliti ini, memiliki proporsi whitlockit yang lebih tinggi dan sebuah bentuk amorf dibanding kalsium fosfat yang tidak didoping. Material-material ini lebih mudah larut dibanding hidroksipatit dan, jika ditempatkan dalam sebuah medium yang menyerupai plasma darah manusia, melepaskan stronsium dengan kadar yang diketahui memiliki efek anti-osteoporosis. Material yang didoping tersebut juga mengurangi respon inflammatory sebuah kultur sel dibanding dengan sampel yang tidak didoping.

Nedelec tertarik di bidang ini berdasarkan penelitian sebelumnya mengenai kimia sol-gel. Metode sol-gel melibatkan pengendapan sebuah gel, diikuti dengan pengeringan dan pengolahan membentuk sebuah keramik. Material ini memiliki banyak kelebihan seperti pengolahan bersuhu rendah, kemurnian dan kehomogenan yang tinggi, pengendalian terhadap porositas, dan mudahnya merubah-rubah bentuk material.

Nedelec mengatakan bahwa penelitian selanjutnya juga akan mengkaji penggantian kation lain yang aktif biologis dalam kalsium fosfat, dan meneliti secara in vivo pengaplikasiannya yang potensial.

Senyawa dari Bakteri Untuk Pengendalian DBD

Bahan-bahan kimia dari bakteri yang mendorong nyamuk-nyamuk betina untuk meletakkan telur bisa membantu menghambat penyebaran penyakit-penyakit yang disebabkan nyamuk seperti DBD dan demam kuning, menurut peneliti di Amerika Serikat.

Coby Schal dan rekan-rekannya di North Carolina State University telah menunjukkan bahwa nyamuk betina dari spesies Aedes aegypti merespon terhadap asam-asam lemak sederhana, seperti asam tetradekanoat, dan ester yang terdapat dalam dinding sel bakteri. Peneliti-peneliti ini berencana untuk menggunakan stimulan-stimulan tersebut dalam merangsang nyamuk betina untuk menghabiskan lebih banyak waktu pada air yang telah dicampur dengan insektisida atau agen biologis pengendali serangga.

“Hal menarik dari senyawa yang sedang kami teliti ini adalah dapat bekerja bukan hanya pada nyamuk betina tetapi juga nyamuk betina yang sedang mengandung,” kata Schal. Nyamuk betina yang hamil adalah target kunci untuk program-program pengendalian penyakit karena, berbeda dengan nyamuk jantan, mereka menghisap darah sehingga bisa membawa dan menularkan penyakit.

Tim Schal mengidentifikasi senyawa-senyawa yang menstimulasi peletakan telur dengan memfraksionasi ekstrak-ekstrak dari bakteri yang ditemukan dalam air. Dengan menyiapkan dua gelas untuk dipilih oleh nyamuk – yang satu mengandung senyawa-senyawa dari bakteri dan yang lainnya hanya mengandung air – mereka mampu mengidentifikasi stimulan yang paling potensial.

Senyawa-senyawa ini bisa membantu nyamuk betina dalam memutuskan apakah sebuah lokasi mengandung cukup bakteri yang tepat untuk makanan keturunannya kelak, kata Schal. Nyamuk-nyamuk betina kemungkinan mendeteksi bahan-bahan kimia melalui kemoreseptor pada kakinya, atau pada organ-organ peletak telur yang disebut ovipositor. “Berdasarkan pengamatan terhadap perilaku nyamuk betina, dari cara mereka bergerak-gerak di air, tampak bahwa ovipositor kemungkinan terlibat,” papar Schal.

Senyawa-senyawa ini terdapat dalam berbagai makanan, termasuk minyak seperti minyak kelapa. “Senyawa-senyawa ini adalah senyawa yang sangat aman, sehingga tidak akan berbahaya bagi manusia, hewan piaraan atau lingkungan jika kita memasangnya pada perangkap serangga,” kata Schal.

Michael Birkett, dari Rothansted Center for Sustainable Pest and Disease Management, mengatakan penelitian ini menunjukkan potensi untuk mengembangkan strategi-strategi pengendalian penyakit. Tetapi dia menekankan bahwa strategi-strategi seperti ini akan tergantung pada formulasi seimbang dari senyawa-senyawa stimulan tersebut. “Dalam penelitian ini sangat jelas bahwa jika dosis atau campuran senyawa tidak tepat, maka aktivitasnya akan hilang,” ungkapnya.

Manusia Bisa Mengindera Cahaya Melalui Kulit

Editor : Armen

Manusia Bisa Mengindera Cahaya Melalui Kulit (Biokimia)

Sebuah tim yang terdiri dari peneliti Eropa dan Amerika Serikat telah menunjukkan bahwa salah satu tipe molekul protein yang ditemukan pada banyak jaringan manusia bisa merespon terhadap cahaya. Temuan ini menimbulkan kemungkinan menarik bahwa manusia mampu mendeteksi cahaya melalui kulit seperti mata.

Margaret Ahmad dari Universitas Paris VI, Prancis, dan rekan-rekannya memfokuskan penelitian pada segolongan protein fotoreseptor yang disebut kriptokrom, yang diaktivasi oleh cahaya pada tanaman dan memicu beberapa respon fisiologis, seperti pematangan biji dan pembukaan daun. Kriptokrom juga ditemukan pada serangga dan mamalia, termasuk manusia. Tetapi sampai sekarang belum ada yang mengetahui apakah kriptokrom manusia bereaksi dengan cahaya.

Ahmad dan timnya menggunakan teknik spektroskopi untuk menunjukkan bahwa pigmen flavin adalah komponen fotoreaktif dari kriptokrom manusia, seperti pada tanaman, sehingga akan teroksidasi pada keadaan istirahat, dan tereduksi pada saat merespon terhadap cahaya biru.

Para peneliti ini kemudian menguji respon kriptokrom manusia terhadap cahaya pada seekor lalat buah Drosophila yang dihasilkan dengan rekayasa genetika. Mereka menunjukkan bahwa pada sebuah organisme hidup protein ini juga berubah ketika terpapar terhadap cahaya. “Hasil ini memberikan bukti pertama tentang bagaimana kriptokrom tipe-hewan diaktivasi oleh cahaya pada sel-sel hidup,” kata tim peneliti ini.

Charalambos Kyriacou, seorang ahli dalam bidang biological clock (jam biologis) di Universitas Leichester, Inggris, tidak begitu yakin dalam menghubungkan peranan penginderaan cahaya dengan kriptokrom pada sel-sel non-visual manusia. “Pada manusia kita tahu bahwa orang buta tidak memiliki jam biologis sama sekali, sehingga semua bukti yang ada sejauh ini mengatakan bahwa kita hanya dapat mengindera cahaya melalui mata kita,” kata Kyriacou, yang menunjukkan bahwa pada lalat buah molekul kriptokrom dalam sel-sel saraf bertindak sebagai reseptor cahaya sedangkan molekul-molekul identik pada jaringan lain tidak berfungsi sebagai reseptor cahaya. Ada kemungkinan bahwa sifat-sifat penginderaan cahaya dari molekul ini tertekan tergantung pada lingkungan seluler dari kriptokrom, papar Kyriacou.

Sumber : Situs Web Kimia Indonesia