Sebuah eksperimen yang pada awalnya dirancang untuk tidak seharusnya mengubah apa pun dari catatan malah memberikan kejutan “membingungkan”, menurut para ilmuwan Stanford yang membuat penemuan: cara baru menciptakan nanopartikel emas dan kawat nano menggunakan tetesan air.
Teknik, yang secara rinci dipublikasikan di jurnal Nature Communications, merupakan penemuan terbaru di bidang kimia melalui penetesan air dan dapat mengarah pada cara yang lebih ramah lingkungan untuk menghasilkan nanopartikel emas dan logam lainnya, kata pemimpin studi Richard Zare.
“Mampu melakukan reaksi di dalam air berarti Anda tidak perlu khawatir tentang kontaminasi. Ini adalah kimia hijau,” kata Zare, yang adalah Profesor Wilbur Marguerite Blake di bidang Ilmu Pengetahuan Alam di Stanford.
Emas dikenal sebagai logam mulia karena relatif tidak reaktif. Tidak seperti logam-logam basa seperti nikel dan tembaga, emas tahan terhadap korosi dan oksidasi, yang merupakan salah satu alasan mengapa logam ini sangat populer untuk dijadikan sebagai perhiasan.
Sekitar pertengahan 1980-an, para ilmuwan menemukan bahwa kelarutan kimia emas hanya dimanisfestasikan pada skala besar, atau makroskopik. Pada skala nanometer, partikel emas sangat reaktif secara kimia dan menjadi katalis yang sangat baik. Hari ini, struktur nano emas telah menemukan peran dalam berbagai aplikasi, termasuk pencitraan bio, pencernaan obat, deteksi gas beracun dan biosensor.
Sampai sekarang, bagaimanapun, satu-satunya cara yang dapat diandalkan untuk membuat nanopartikel emas adalah menggabungkan asam chloroauric prekursor emas dengan agen pereduksi seperti natrium borohidrida.
Reaksi itu memindahkan elektron dari zat pereduksi ke asam kloroaurat, membebaskan atom emas dalam prosesnya. Tergantung pada bagaimana atom emas kemudian mengumpul, mereka dapat membentuk manik-manik berukuran nano, kabel, batang, prisma dan banyak lagi.
Baru-baru ini, Zare dan rekan-rekannya bertanya-tanya apakah reaksi penghasil emas ini akan berjalan dengan cara yang berbeda dengan tetesan kecil berukuran mikron dari asam chloroauric dan natrium borohidida. Seberapa besar microdroplet? “Ini seperti meremas botol parfum dan mengeluarkan segumpal mikrodroplet,” kata Zare.
Dari percobaan sebelumnya, para ilmuwan tahu bahwa beberapa reaksi kimia berlangsung lebih cepat pada skala mikrodroplet daripada volume larutan yang lebih besar.
Memang, tim mengamati bahwa nanopartikel emas tumbuh lebih dari 100.000 kali lebih cepat secara mikrodroplet. Namun, pengamatan yang paling mencolok datang ketika menjalankan eksperimen kontrol di mana mereka menggantikan agen pereduksi – yang biasanya melepaskan partikel emas – dengan mikrodroplet air.
“Banyak yang membingungkan, kami menemukan bahwa struktur nano emas dapat dibuat tanpa zat pereduksi tambahan,” kata penulis pertama studi Jae Kyoo Lee, seorang rekan peneliti.
Saat dilihat melalui mikroskop elektron, nanopartikel emas dan kawat nano tampak menyatu bersama seperti kelompok buah berry pada cabangnya.
Temuan mengejutkan berarti bahwa mikrodroplet air murni dapat berfungsi sebagai microreactors untuk produksi struktur nano emas. “Ini adalah bukti yang lebih banyak lagi bahwa reaksi dalam tetesan air dapat secara fundamental berbeda dengan reaksi dalam air besar -larutan,” kata rekan penulis studi Devleena Samanta, mantan mahasiswa pascasarjana di laboratorium dan rekan penulis Zare di atas kertas.
Jika proses itu dapat ditingkatkan, itu bisa menghilangkan kebutuhan akan agen pereduksi yang berpotensi beracun yang memiliki efek samping kesehatan yang berbahaya atau yang dapat mencemari saluran air, kata Zare.
Masih belum jelas mengapa mikrodroplet air mampu menggantikan agen pereduksi dalam reaksi ini. Salah satu kemungkinan adalah bahwa mengubah air menjadi mikrodroplet sangat meningkatkan luas permukaannya, menciptakan peluang untuk medan listrik yang kuat terbentuk pada antarmuka air-air, yang dapat mempromosikan pembentukan nanopartikel emas dan kawat nano.
“Luas permukaan di atas sebuah gelas air satu liter kurang dari satu meter persegi. Tetapi jika Anda mengubah air dalam gelas itu menjadi mikrodroplet , Anda akan mendapatkan sekitar 3.000 meter persegi luas permukaan – tentang ukuran setengah lapangan bola,” Kata Zare.
Tim ini sedang mencari cara untuk memanfaatkan struktur nano untuk berbagai aplikasi katalitik dan biomedis dan untuk memperbaiki teknik mereka untuk membuat film dari emas.
“Kami mengamati jaringan kawat nano yang memungkinkan pembentukan lapisan tipis kawat nano,” kata Samanta.
