KEMENTERIAN PERTANIAN
DIREKTORAT JENDERAL PERKEBUNAN

Nanopartikel, Teknologi Super Kecil dengan Manfaat Super Besar

Diposting     Jumat, 31 Desember 2021 11:12 am    Oleh    ditjenbun



Penggunaan pestisida nabati sudah diakui sejak dulu efektivitasnya dalam mengendalikan Organisme Pengganggu Tumbuhan (OPT) yang ramah lingkungan. Untuk meningkatkan efektivitas pestisida nabati, perlu diterapkan teknologi yang saat ini sedang berkembang yaitu nanoteknologi. Nanoteknologi dapat mengubah zat aktif dari bahan alam yang terkandung dalam pestisida nabati menjadi senjata yang lebih ampuh dalam mengendalikan OPT di lapangan. Teknologi nano mampu mentransformasi suatu material menjadi partikel dengan ukuran super kecil dengan nilai guna yang berlipat ganda. Mengutip semboyan Presiden Korea Selatan “Go Nano or Die” menegaskan bahwa teknologi nano sangat bermanfaat di berbagai bidang kelimuan.

Kata “nano” berasal dari bahasa latin yang artinya sesuatu yang sangat kecil (dwarf) atau satu per satu milyar (10-9) (Kuzma dan Verhage, 2006). Pada skala nano, material memiliki sifat unik yang dapat dikontrol dan dimodifikasi ukuran, bentuk, sifat kimia, serta fungsinya (Hasan, 2012). Pemanfaatan nano teknologi telah dikembangkan di berbagai bidang, diantaranya di bidang kesehatan, industri kosmetik dan pertanian. Di bidang pertanian, teknologi nano telah diterapkan pada penggunaan pupuk dengan meng-enkapsulasi partikel unsur hara agar pelepasan dan penyerapan nutrisi yang dibutuhkan tanaman dapat dikontrol.

Penggunaan teknologi nano pada pestisida pertama kali dilakukan oleh Dr. Micaela Buteler bekerja sama dengan Prof Weaver dari Montana State University pada hama Gudang dengan NSA (nanostructured alumina) dan menunjukkan hasil yang sangat baik. Beberapa tanaman yang mengandung “essential oils pesticides” (minyak atsiri) memiliki potensi sebagai pestisida nabati yang ramah lingkungan.  Hasil penelitian Noveriza et al. (2017) menunjukkan bahwa minyak cengkeh dan serai wangi berpotensi menekan perkembangan virus mosaik (Potyvirus) pada tanaman. Kelemahan utama dari pestisida nabati yang mengandung minyak atsiri adalah mudah menguap dan tidak stabil. Oleh karena itu, bahan aktif minyak atsiri perlu diformulasikan dalam bentuk yang lebih stabil, seperti partikel nano. Selanjutnya, dengan sentuhan enkapsulasi, bahan aktif tidak mudah menguap dan lebih stabil.

Gambar 1. Lesio daun tanaman uji Chenopodium amaranticolor yang diinfeksikan  sap Potyvirus sebagai control (kiri), pengaplikasian pesnab serai wangi tanpa nanoteknologi (tengah), pengaplikasian pesnab serai wangi dengan nanoteknologi (kanan) (Noveriza et al, 2017).

Ukuran droplet nanoemulsi yang kecil membuat nanoemulsi stabil secara kinetik sehingga mencegah terjadinya sedimentasi dan creaming selama penyimpanan (Solans et al. 2005). Selain itu, nanoemulsi dengan sistem emulsi minyak dalam air (oil in water atau o/w) merupakan salah satu alternatif untuk meningkatkan kelarutan dan stabilitas komponen bioaktif yang terdapat dalam minyak (Yuliasari dan Hamdan 2012). Pembuatan nanopestisida dilakukan melalui proses nanoemulsifikasi menggunakan energi rendah dengan mekanisme difusi spontan dan inversi fase

  1. Difusi spontan: nanoemulsi terbentuk melalui proses difusi fase terdispersi (campuran minyak dan emulsifier) ke dalam fase pendispersi (air) yang terjadi secara spontan akibat kedekatan polaritas antara kedua fase. Proses difusi ini meninggalkan droplet minyak berskala nano dalam fase air (oil in water atau o/w).
  2. Fase inversi, pembentukan nanoemulsi terjadi melalui dua tahap, yaitu
  • Pembentukan emulsi water in oil (w/o) : sejumlah air ditambahkan ke dalam fase campuran antara minyak dan emulsifier
  • Fase oil in water (o/w): pada jumlah air tertentu, fase minyak dan emulsifier akan terdispersi ke dalam fase air membentuk o/w sehingga secara keseluruhan, emulsi akan terbentuk melalui mekanisme w/o/w.

Nanoemulsi dibentuk dengan penambahan emulsifier yang mengandung surfaktan/pengemulsi non ionik (misal: Tween 80). Emulsifier ditambahkan pada persentase 10-100% dari fase minyak (bahan aktif) yang digunakan. Fase pendispersi dibuat dari bufer fosfat untuk menjaga kestabilan pH emulsi sehingga destabilisasi emulsi akibat pengaruh pH dapat diabaikan. Nanoemulsi minyak serai wangi terbentuk melalui kedua mekanisme emulsifikasi pada persentase emulsifier yang berbeda.

Gambar 2. Ilustrasi proses nanoemulsi melalui reaksi oil in water dan water in oil (Ramos et al., 2018)

Ukuran droplet minyak serai wangi pada formula nanoemulsi berkisar antara 70-140 nm (rata-rata 114,5 nm), sedangkan pada formula minyak serai wangi (bukan nano) berkisar antara 1.740-5.262 nm (ukurannya besar dan sangat heterogen). Nanopartikel dapat mencapai partikel virus/ target karena ukurannya yang ultra kecil dan hal ini dapat membuka bidang baru dalam cara mengendalikan virus pada tanaman. Selain itu, pengaplikasiannya tidak terpengaruh oleh pemanasan sinar UV (ultraviolet) karena langsung dengan cepat meresap ke dalam tanaman maupun OPT sasaran (Noveriza et al., 2017). Selain serai wangi, Rohimatun et al. (2020), menunjukkan efektivitas pestisida nabati cabai jawa (Piper retrofractum) dalam menghambat aktivitas oviposisi dan aktivitas makan Helopeltis antonii.

Gambar 3. Ukuran droplet partikel nanoemulsi berbahan aktif serai wangi berkisar antara 70-140nm

Teknologi nanopartikel ini cenderung mudah, murah, dan efektif sehingga sangat memungkinkan untuk dikembangkan pada unit laboratorium di lapangan, untuk selanjutnya dapat dimanfaatkan oleh petani dalam mencegah dan mengendalikan OPT.

  1. Mudah karena proses pengerjaannya hanya membutuhkan waktu kurang lebih 1,5 jam;
  2. Murah karena bahan dan alat yang dibutuhkan cukup sederhana antara lain bahan pelarut / emulsifier / surfaktan/ enkapsulasi mudah diperoleh serta homogenizer berupa stirrer yang umum dimiliki oleh laboratorium sederhana;
  3. Efektif dan efisien dengan formulasi partikel yang sangat kecil maka dengan mudah dan cepat terserap langsung pada tanaman maupun OPT sasaran sehingga pengaplikasiannya menggunakan jumlah yang lebih sedikit dibandingkan bukan nano. Menurut pengalaman petani yang telah menggunakan pestisida nabati dengan nanoteknologi ini tidak menyebabkan gatal-gatal dan perasaan mual setelah mengaplikasikan formula di lapangan, tidak seperti halnya yang sering dirasakan saat pengaplikasian pestisida kimiawi.

Masih banyak potensi pesnab nanopartikel yang perlu dikaji lebih lanjut. Teknologi nanopartikel sangat memungkinkan untuk dikembangkan pada unit laboratorium di lapangan, untuk selanjutnya dapat dimanfaatkan oleh petani dalam mencegah dan mengendalikan OPT.

 

Penulis: Farriza Diyasti, Eva Lizarmi, Yani Maryani

 Sumber bacaan:

Hasan, M.I., 2012, Modifikasi Nanopartikel Perak dengan Polivinil Alkohol untuk Meningkatkan Selektivitas dan Stabilitas Indikator Logam Tembaga (Cu): Uji Coba pada Mikroalga Merah (Kappaphycus alvarezii), skripsi diterbitkan, (online), Program Studi Farmasi FMIPA Universitas Indonesia, Jakarta.

Kuzma,J. Verhage P. (2006). New Report on Nanotechnology in Agriculture and Food. URL: New Report on Nanotechnology in Agriculture and Food | Wilson Center. Diakses pada Desember 2021.

Noveriza, R. Mariana, M, Yuliani, S. (2017). KEEFEKTIFAN FORMULA NANOEMULSI MINYAK SERAI WANGI TERHADAP POTYVIRUS PENYEBAB PENYAKIT MOSAIK PADA TANAMAN NILAM. DOI: https://dx.doi.org/10.21082/bullittro.v28n1.2017.47-56

Ramos, MADS., et al. (2018). Nanotechnology-based drug delivery systems for control of microbial biofilms: A review. Int J Nanomedicine. Vol 13:1179-1213. Doi: 10.2147/IJN.S146195.

Rohimatun, Yuliani S, Winasa W, Dadang. (2020). Efficacy Of Selected Piperaceae, Asteraceae, And Zingiberaceae Plant Extracts Against Helopeltis antonii Sign (2020). J. ISSAAS Vol. 26, No. 2: 145-157.

Solans, C., Izquierdo, P., Nolla, J., Azemar, N. & Garcíacelma, M.J. (2005) Nano-emulsion. Current Opinion in Colloid and Interface Science. 10, 102– 110.

Yuliasari, S. Hamdan (2012) Karakterisasi Nanoemulsi Minyak Sawit Merah yang Disiapkan dengan High Pressure Homogenizer. Dalam: Karmiadji,D.W. & et al. (eds.) Prosiding Insinas. Bandung, Asdep Relevansi Program Riptek, Deputi Bidang Relevansi dan Produktivitas Iptek, Kementerian Riset dan Teknologi. pp.25–28.

 

 


Bagikan Artikel Ini