Biomaterial seringkali dimaknai sebagai material buatan untuk kepentingan biologis, berinteraksi dengan system biologis untuk menggantikan atau memperbaiki fungsinya (Wikipedia). Biomaterial menjadi kajian interdisipliner. Bidang ini meluas dan selalu berkembang sesuai dengan kebutuhan serta biokompatibilitasnya dengan fungsi-fungsi biologis makhluk hidup.
Di lain pihak berkembang juga riset-riset biopolymer, yang sebenarnya juga biomaterial. Ada banyak material polimer alam dapat digunakan untuk berbagai kepentingan. Biomaterial semacam ini saat ini sedang ramai dieksplorasi, juga karena berkembangnya banyak kebutuhan baru. Energi misalnya. Apapun yang bisa dilakukan untuk membuat bahan bakar terbarukan, dari biomassa yang merupakan biopolymer juga, dan sebenarnya hal ini membawa konsekuensi baru juga terhadap lingkungan. Ada beberapa biomassa yang sangat popular, seperti tandan kosong kelapa sawit, agrowaste dari padi dan gandum, biomassa sisa alih fungsi hutan, dan sebagainya.
Biomaterial/biopolymer yang menjadi topik utama kami selama ini adalah biosilika dan nanoselulosa. Biosilika adalah silika biologis, ditemukan dalam sekam padi, hampir 10 % dari kandungan sekam padi adalah silika hasil bioakumulasi dari tanah. Silika dan selulosa serta lignin menjadi penyangga utama biji padi sampai matang, sebuah struktur yang luar biasa indah. Silicon bodies sering dibicarakan dalam buku-buku biomaterial. Jika silika diekstrak, didapatkan silica dalam bentuk garam silikat dan siap menjadi gel silika yang amorf, dapat difungsikan untuk berbagai keperluan (Kalapathy, Proctor, & Shultz, 2000). Silica dari bioakumulasi ini dapat diatur kemurniannya serta dimensinya. Ada beberapa proses yang telah dipatenkan untuk proses membuat silika gel ini (Patent No. IDS000001541, 2017a; Patent No. IDP000049626, 2018). Selulosa juga merupakan biopolimer utama dan biomassa agrowaste untuk perkembangan energi terbarukan. Namun dalam topik kami selulosa murni didapat dari polimerisasi gula dengan bantuan bakteri Acetobacter xylinum yang menghasilkan serat selulosa yang kuat (Iguchi, Yamanaka, & Budhiono, 2000) dan dapat dihidrolisis untuk kepentingan biomaterial lainnya seperti dilakukan dalam penelitian-penelitian kami.
Silika gel ini adalah material berpori yang mempunyai interior aktif untuk menyerap dan melepas senyawa-seyawa kimia. Silica gel yang dibuat secara sintetis dari senyawa tetraetoksi dan tetrametoksi silan memberikan permukaan hodrofilik yang dapat didayagunakan untuk berbagai keperluan. Interaksi Fisika terjadi di beberapa nanometer di depan permukaan aktif ini, dan hal ini dapat diamati dari gejala dua harga relaksasi proton yang dilihat dengan NMR eksperimen (S. Wonorahardjo, Ball, Hook, & Moran, 1998) dan dieksplorasi dengan metode-metode NMR dinamis (Surjani Wonorahardjo, 1998; Surjani Wonorahardjo, Ball, Hook, & Moran, 2000). Beberapa eksplorasi yang mengandalkan permukaan juga diteliti dengan berbagai metode (Ardelean, Mattea, Farrher, Wonorahardjo, & Kimmich, 2003; Mattea et al., 2004) yang semuanya berasal dari metode-metode yang dikembangkan oleh Prof. R. Kimmich (Kimmich, 1997, 2002) dan memberikan banyak insight untuk mendalami beberapa material berpori termasik silica sekam padi. Metode sol-gel juga sudah banyak digunakan selama ini sebagai metode yang baik untuk proses-proses transformasi material. Nanocellulose yang dihasilkan dari hidrolisis nata de coco juga merupakan granula material cellulose yang memberikan sifat permukaan yang berbeda dengan silica, banyak berguna untuk berbagai keperluan.
Selain agen pemisah (Surjani Wonorahardjo, 2019b; Surjani Wonorahardjo, Wijaya, & Suharti, 2016), adsorbent senyawa organic dan logam berat (Molo, Ibnu, & Wonorahardjo, 2019; Royanudin, Utomo, & Wonorahardjo, 2020), agen pelepas senyawa kimia yang berupa gas (Nurindah, Wonorahardjo, Adi Sunarto, & Sujak, 2017; Surjani Wonorahardjo, Budiasih, et al., 2018; Surjani Wonorahardjo, Nurindah, Sunarto, & Aprilia, 2018; Surjani Wonorahardjo, Nurindah, Sunarto, Sujak, & Zakia, 2015). Memang semua ini bergantung pada sifat permukaannya dan selalu ada pemanfaatan baru dari studi permukaan ini (Surjani Wonorahardjo, 2019b, 2019a).
Dalam beberapa tahun terakhir, material ini digunakan untuk imobilisasi beberapa senyawa besar, seperti enzyme-enzym tertentu yang siap digunakan untuk enzyme amobil. Beberapa uji coba telah dicobakan (Maharani, Suharti, & Wonorahardjo, 2020; Molo & Susanti, Evi, Wonorahardjo, 2021) untuk beberapa enzyme dan bahkan bakteri juga dijerapkan di sana (Royanudin et al., 2020) dan masih akan dikembangkan lagi.
Prospek biomaterial – biopolymer masih sangat luas, baik sebagai bahan biomassa untuk energi, dapat juga untuk imobilisasi bakteri atau enzyme untuk beberapa keperluan energi. Hal ini akan menjadi pusat pemikiran ke depan bersama dengan PUI PT CAMRY.
Referensi mengenai biomaterial:
Ardelean, I., Mattea, C., Farrher, G., Wonorahardjo, S., & Kimmich, R. (2003). Nuclear magnetic resonance study of the vapor phase contribution to diffusion in nanoporous glasses partially filled with water and cyclohexane. The Journal of Chemical Physics, 119(19), 10358. https://doi.org/10.1063/1.1618214
Iguchi, M., Yamanaka, S., & Budhiono, a. (2000). Bacterial cellulose – a masterpiece of nature’s arts. Journal of Materials Science, 35, 261–270. https://doi.org/10.1023/A:1004775229149
Kalapathy, U., Proctor, A., & Shultz, J. (2000). A simple method for production of pure silica from rice hull ash. Bioresource Technology, 73, 267–262.
Kimmich, R. (1997). NMR-Tomography, Diffusometry, Relaxometry. Berlin: Springer Berlin Heidelberg.
Kimmich, R. (2002). Strange kinetics, porous media, and NMR. In Chemical Physics (Vol. 284). https://doi.org/10.1016/S0301-0104(02)00552-9
Maharani, C. A., Suharti, S., & Wonorahardjo, S. (2020). Optimizing the immobilization of lipase enzyme (Aspergillus oryzae) in the silica and silica-cellulose matrix by adsorption method. Journal of Physics: Conference Series, 1595(1). https://doi.org/10.1088/1742-6596/1595/1/012011
Mattea, C., Kimmich, R., Ardelean, I., Wonorahardjo, S., Farrher, G., & Introduction, I. (2004). Molecular exchange dynamics in partially filled microscale and nanoscale pores of silica glasses studied by field-cycling nuclear magnetic resonance relaxometry. The Journal of Chemical Physics, 121(21), 10648–10656. https://doi.org/10.1063/1.1808423
Molo, A. D. R. P., Ibnu, M. S., & Wonorahardjo, S. (2019). Silica-Cellulose Hybrid Material Application as Natural Pigment Adsorbent as Studied by Spectroscopy Method. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 515(1). https://doi.org/10.1088/1757-899X/515/1/012083
Molo, A. D. R. P., & Susanti, Evi, Wonorahardjo, S. (2021). APPLICATION OF SILICA RICE HUSK ASH FOR CELLULASE IMMOBILIZED BY SOL-GEL ENTRAPMENT. Scientific Study & Research Chemistry & Chemical Engineering, Biotechnology, Food Industry, 22(1), 47–55. Retrieved from http://pubs.ub.ro/?pg=revues&rev=cscc6&num=202101&vol=1&aid=5248
Nurindah, N., Wonorahardjo, S., Adi Sunarto, D., & Sujak, S. (2017). Chemical Cues in Tritrophic Interaction on Biocontrol of Insect Pest. The Journal of Pure and Applied Chemistry Research, 6(1), 49–56. https://doi.org/10.21776/ub.jpacr.2017.006.01.282
Royanudin, M., Utomo, Y., & Wonorahardjo, S. (2020). Silica-cellulose material application as the immobilization matrix of Pseudomonas fluorescens. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 456(1). https://doi.org/10.1088/1755-1315/456/1/012011
Wonorahardjo, S., Ball, G., Hook, J., & Moran, G. (1998). NMR relaxation studies of porous sol-gel glasses. Magnetic Resonance Imaging, 16(5–6), 511–513. https://doi.org/10.1016/S0730-725X(98)00064-2
Wonorahardjo, Surjani. (1998). Characterisation of Porous Silica Sol-Gel Glasses for Optical Chemiscal Sensors Using Multinuclear NMR Relaxation and Diffusion. The University of New South Wales.
Wonorahardjo, Surjani. (2017a). Patent No. IDS000001541. Indonesia: Directorate General of Intellectual Properties Republic of Indonesia Office.
Wonorahardjo, Surjani. (2017b). Patent No. IDS000001541. Retrieved from http://www.dgip.go.id
Wonorahardjo, Surjani. (2018). Patent No. IDP000049626. Indonesia.
Wonorahardjo, Surjani. (2019a). Method Development and Surface Utilization: Monitoring Environment in Urban Society Through Analytical Chemistry. Geographia Technica, 14(1), 87–97. https://doi.org/10.21163/GT_2019. 141.22
Wonorahardjo, Surjani. (2019b). Spectroscopy for Characterization and Application of Silica-Cellulose Biomaterials, a Brief Review Article about Analytical Methods. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 515(1). https://doi.org/10.1088/1757-899X/515/1/012102
Wonorahardjo, Surjani, Ball, G. E., Hook, J., & Moran, G. (2000). 2H NMR relaxation monitoring of gelation in tetramethoxysilane sol-gels. Journal Of Noncrystalline Solids, 271(1–2), 137–146. https://doi.org/10.1016/S0022-3093(00)00068-5
Wonorahardjo, Surjani, Budiasih, E., Ibnu, M. S., Sukarianingsih, D., Prawiro, M. E., Handayani, M., & Amalia, S. (2018). Volatiles Dynamics on Solid Interface To Model Chemical Cues Release In Tritrophic Interaction. J. Phys.: Conf. Ser. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1093/1/012048
Wonorahardjo, Surjani, Nurindah, N., Sunarto, D. A., & Aprilia, S. A. (2018). Exploration of Tritrophic Interaction for Enhancing Conservation Biological Control of Insect Pest , the Role of Analytical Chemistry. Pertanika J. Sci. & Technol., 26(3), 1275–1288. Retrieved from http://www.pertanika.upm.edu.my/pjst/browse/regular-issue?article=JST-S0432-2018
Wonorahardjo, Surjani, Nurindah, Sunarto, D. A., Sujak, & Zakia, N. (2015). Analisis senyawa volatil dari ekstrak tanaman yang berpotensi sebagai atraktan parasitoid telur wereng batang coklat, Anagrus nilaparvatae (Pang et Wang) (Hymenoptera: Mymaridae). Journal Entomolgi Indonesia, 12(1), 48–57. https://doi.org/10.5994/jei.12.1.48
Wonorahardjo, Surjani, Wijaya, A. R., & Suharti, S. (2016). Surface Behavior of Rhodamin and Tartrazine on Silica-Cellulose Sol-Gel Surfaces by Thin Layer Elution. Journal Pure and Applied Chemistry Research, 5(May), 48–54. https://doi.org/10.21776/ub.jpacr.2016.005.02.242