Meningkatnya permintaan akan air minum membutuhkan metode pemurnian air yang hemat energi dan hemat biaya.
Terinspirasi dari tanaman mangrove dan ginjal manusia, peneliti di National University of Singapore mengembangkan membran biomimetik baru. Metode ini meniru lapisan sel pada akar pohon bakau dengan menanamkan aquaporin-vesicles berukuran nano ke membran substrat ultrafiltrasi yang stabil dan fungsional.
Teknologi ini menggunakan surface imprinting technology dimana secara mekanis lebih kuat, lebih murah dan jauh lebih efisien. Metode yang dikembangkan itu terinspirasi oleh sistem pemurnian air alami dari akar tanaman mangrove dan ginjal manusia. Tim peneliti dari National University of Singapore (NUS) Environmental Research Institute (NERI) merancang sebuah membran biomimetik baru yang dapat memurnikan air pada suhu dan tekana rendah, sehingga mengurangi biaya energi.
Teknologi baru ini berpotensi mengurangi biaya pemurnian air hingga 30 persen. Industri pemurnian air saat ini menghadapi tantangan besar dari biaya energi yang tinggi yang dikeluarkan oleh sistem membran saat ini untuk memulihkan air dari sumber garam. Proses pemurnian air industri ini mahal karena memerlukan tekanan hidrolik atau osmotik tinggi untuk mendorong molekul air tersaring melalui sistem membran.
Dipimpin oleh Professor Tong Yen Wah yang juga berasal dari Departemen Teknik Kimia dan Biomolekal di Fakultas Teknik NUS, tim peneliti telah merancang dan membuat sistem pemurnian dan pengolahan air biomimetik baru yang sangat efisien. Aquaporins adalah protein membran yang secara selektif bertugas untuk masuk dan keluarnya molekul air dari sel, mencegah pelepasan ion dan zat terlarut lainnya.
Sistem Baru Aquaporins, yang juga dikenal sebagai saluran air dalam membran sel hidup, telah ditemukan sebagai unit fungsional sistem pemurnian air alami.
Saluran ini ada pada semua makhluk hidup dari bakteri hingga tanaman mangrove dan ginjal manusia. Hal ini memberikan contoh struktur membran alami yang memungkinkan volume molekul air melewati area permukaan kecil pada tekanan yang sangat rendah, meninggalkan kotoran seperti garam di sisi lain.
Dengan adanya aquaporin, tanaman mangrove yang telah beradaptasi untuk bertahan hidup di air asin, mampu menyaring antara 90 dan 95 persen garam di akarnya, sedangkan ginjal manusia mampu memurnikan hingga 150 liter air setiap hari.
Meniru Membran Biologis
Tim NUS adalah yang pertama di dunia yang telah berhasil menempatkan protein aquaporin ke membran polimer untuk bertindak sebagai saluran yang memungkinkan hanya air yang bisa melaluinya dengan sangat cepat, pada tekanan rendah dan energi rendah. Dijelaskan Prof Tong.
Selaput biomimetik dibangun untuk meniru lapisan sel pada akar pohon bakau dengan menanamkan aquapesin vesikel berukuran nano ke membran substrat ultrafiltrasi yang stabil dan fungsional, inovatif namun sederhana dan mudah diaplikasikan. Kami menemukan bahwa membran biomimetik yang dimasukkan aquaporin yang dihasilkan memungkinkan air melewatinya lebih cepat dan juga menampilkan kebocoran garam yang lebih rendah daripada membran tanpa aquaporin,“ kata Tong.
Implikasi Temuan dan Aplikasi Tidak seperti membran biomimetik konvensional yang cenderung cukup rapuh, hasil pengamatan juga menunjukan bahwa membran baru menunjukkan kekuatan mekanik dan kestabilan yang tinggi selama proses penyaringan air. Hal ini membuat membaran baru ini cocok untuk aplikasi dalam industri pengolahan air dan desalinasi.
Bagi masyarakat, ini bisa berarti pasokan air minum lebih banyak dengan biaya lebih rendah. Tim saat ini sedang berdiskusi dengan perusahaan yang berbasis di Amerika Serikat untuk mengembangkannya dalam skala industri dan menguji kelayakan membran dalam dua tahun ke depan.
Menurut Prof Tong, teknik tim untuk memproduksi membran biomimetik dapat diterapkan dalam penelitian biologis dan biomedis dimana studi tentang protein membran biologis lainnya memerlukan karakteristik dan fungsinya yang unik untuk diekspresikan dan ditempatkan dengan benar ke membran sintetis.
Tim juga sedang dalam pembahasan dengan AWAK Technologies untuk merancang membran biomimetik serupa untuk dimasukkan ke dalam perangkat cuci ginjal yang dapat dipakai. Mesin dialisis ginjal yang dapat dipakai di masa depan dapat bekerja tanpa penyerap dan juga berukuran jauh lebih kompak.
nik/berbagai sumber/E-6
