Para Ilmuwan Telah Mengembangkan Jenis Kaca Baru dengan Sifat Unik dan Bahkan Kontradiktif

Persiapan kaca peptida yang mudah pada suhu ruangan menggunakan peralatan laboratorium standar. Kredit: Universitas Tel Aviv

Para peneliti di Universitas Tel Aviv telah menciptakan kaca unik yang merupakan perekat yang efektif dan sangat transparan. Kaca yang terbentuk secara spontan ini dapat secara signifikan memengaruhi berbagai industri berteknologi tinggi.

Para peneliti dari Universitas Tel Aviv (TAU) telah menciptakan jenis kaca baru dengan sifat-sifat yang unik dan bahkan bertentangan, seperti menjadi perekat yang kuat (lengket) dan sangat transparan pada saat yang bersamaan. Kaca, yang terbentuk secara spontan saat bersentuhan dengan air pada suhu ruangan, dapat membawa revolusi dalam serangkaian industri yang berbeda dan beragam seperti optik dan elektro-optik, komunikasi satelit, penginderaan jarak jauh, dan biomedis.

Kaca tersebut ditemukan oleh tim peneliti dari Israel dan dunia, yang dipimpin oleh mahasiswa PhD Gal Finkelstein-Zuta dan Prof. Ehud Gazit dari Sekolah Biomedik dan Penelitian Kanker Shmunis di Fakultas Ilmu Hayati dan Departemen Ilmu Materials dan Teknik di Fakultas Teknik di TAU. Hasil penelitian tersebut baru-baru ini dipublikasikan di jurnal ilmiah bergengsi Alam.

Kaca peptida padat setelah persiapan. Kredit: Universitas Tel Aviv

Proses dan Properti Kaca Baru

“Di laboratorium kami, kami mempelajari biokonvergensi dan secara khusus menggunakan sifat-sifat biologi yang luar biasa untuk menghasilkan bahan-bahan inovatif,” jelas Prof. Gazit. “Di antara hal-hal lain, kami mempelajari urutan asam aminoyang merupakan blok pembangun protein. Asam amino dan peptida memiliki kecenderungan alami untuk saling terhubung dan membentuk struktur teratur dengan pengaturan periodik yang pasti, tetapi selama penelitian, kami menemukan peptida unik yang berperilaku berbeda dari apa pun yang kami ketahui: ia tidak membentuk pola teratur apa pun, tetapi pola yang amorf dan tidak teratur, yang menggambarkan kaca.”

Pada tingkat molekuler, kaca adalah zat seperti cairan yang tidak memiliki keteraturan dalam struktur molekulernya, tetapi sifat mekanisnya seperti padatan. Kaca biasanya diproduksi dengan mendinginkan bahan cair secara cepat dan “membekukan” bahan tersebut dalam keadaan ini sebelum dibiarkan mengkristal, sehingga menghasilkan keadaan amorf yang memungkinkan sifat optik, kimia, dan mekanis yang unik – di samping daya tahan, keserbagunaan, dan keberlanjutan. Para peneliti dari TAU menemukan bahwa peptida aromatik, yang terdiri dari urutan tiga tirosin (YYY), membentuk kaca molekuler secara spontan, setelah penguapan larutan berair, dalam kondisi suhu ruangan.

(Kiri ke kanan): Gal Finkelstein-Zuta dan Prof. Ehud Gazit. Kredit: Universitas Tel Aviv

“Kaca komersial yang kita semua tahu dibuat dengan pendinginan cepat bahan cair, sebuah proses yang disebut vitrifikasi,” kata Gal Finkelstein-Zuta. “Organisasi seperti cairan amorf harus diperbaiki sebelum disusun dengan cara yang lebih hemat energi seperti pada kristal, dan untuk itu diperlukan energi – kaca harus dipanaskan hingga suhu tinggi dan didinginkan segera. Di sisi lain, kaca yang kami temukan, yang terbuat dari blok penyusun biologis, terbentuk secara spontan pada suhu ruangan, tanpa memerlukan energi seperti panas tinggi atau tekanan. Cukup larutkan bubuk dalam air – seperti membuat kool-aid, dan kaca akan terbentuk. Misalnya, kami membuat lensa dari kaca baru kami. Alih-alih menjalani proses penggilingan dan pemolesan yang panjang, kami cukup meneteskan setetes ke permukaan, di mana kami mengendalikan kelengkungannya – dan karenanya fokusnya – dengan menyesuaikan quantity larutan saja.”

Sifat-sifat kaca inovatif dari TAU ini unik di dunia – dan bahkan saling bertentangan: kaca ini sangat keras, tetapi dapat memperbaiki dirinya sendiri pada suhu ruangan; kaca ini merupakan perekat yang kuat, dan pada saat yang sama, kaca ini transparan dalam rentang spektral yang luas, mulai dari cahaya tampak hingga rentang inframerah menengah.

Dampak Potensial dan Penggunaan

“Ini adalah pertama kalinya seseorang berhasil menciptakan kaca molekuler dalam kondisi sederhana,” kata Prof. Gazit, “tetapi yang tidak kalah penting dari itu adalah sifat-sifat kaca yang kami ciptakan. Ini adalah kaca yang sangat istimewa. Di satu sisi, kaca ini sangat kuat dan di sisi lain, sangat transparan – jauh lebih transparan daripada kaca biasa. Kaca silikat regular yang kita semua tahu transparan dalam rentang cahaya tampak, kaca molekuler yang kami ciptakan transparan hingga jauh ke dalam rentang inframerah. Ini memiliki banyak kegunaan dalam bidang-bidang seperti satelit, penginderaan jarak jauh, komunikasi, dan optik. Ini juga merupakan perekat yang kuat, dapat merekatkan berbagai kaca menjadi satu, dan pada saat yang sama, dapat memperbaiki retakan yang terbentuk di dalamnya. Ini adalah serangkaian sifat yang tidak ada di kaca mana pun di dunia, yang memiliki potensi besar dalam sains dan teknik, dan kami mendapatkan semua ini dari satu peptida – satu bagian kecil protein.”

Referensi: “Kaca peptida perekat transparan multispektral yang dapat menyembuhkan sendiri” oleh Gal Finkelstein-Zuta, Zohar A. Arnon, Thangavel Vijayakanth, Or Messer, Orr Simon Lusky, Avital Wagner, Galit Zilberman, Ruth Aizen, Lior Michaeli, Sigal Rencus-Lazar, Sharon Gilead, Sudha Shankar, Mariela Jorgelina Pavan, Dor Aaron Goldstein, Shira Kutchinsky, Tal Ellenbogen, Benjamin A. Palmer, Amir Goldbourt, Maxim Sokol dan Ehud Gazit, 12 Juni 2024, Alam.
Nomor Induk Kependudukan: 10.1038/s41586-024-07408-x