Ilmuwan dari Rice University dan University of Houston memperkenalkan metode baru produksi biomaterial berkekuatan tinggi berbasis selulosa bakteri yang berpotensi menjadi alternatif plastik petrokimia. Penelitian yang diterbitkan dalam jurnal Nature Communications pada Juli 2025 ini memaparkan proses biosintesis terukur, di mana bakteri "menyusun" struktur material melalui pengendalian aliran cairan, alih-alih tumbuh secara acak seperti kondisi normal.
Proyek ini dipimpin oleh Muhammad Maqsood Rahman, lektor di Departemen Teknik Mekanik dan Dirgantara University of Houston yang bekerja sama dengan Rice University. Penulis utama makalah tersebut adalah mahasiswa pascasarjana Rice, M.A.S.R. Saadi, dengan kontribusi dari Shayam Bhakta (Rice), serta para insinyur dan ilmuwan material termasuk Pulickel Ajayan, Matthew Bennett, Matteo Pasquali, dan lainnya. Penelitian ini didanai oleh sejumlah yayasan di Amerika Serikat, termasuk National Science Foundation (NSF), Endowment for Forestry and Communities, dan Welch Foundation.
Cara Kerja Teknologi
Selulosa bakteri biasanya tumbuh dalam bentuk jaringan serat nano yang longgar dan berorientasi acak, sehingga membatasi kekuatan serta ketahanannya terhadap beban. Dalam pendekatan baru ini, para peneliti merancang bioreaktor berputar yang menggunakan aliran cairan untuk mengarahkan pergerakan bakteri Gluconacetobacter, sekaligus mengatur orientasi serat yang dihasilkan.
Melalui pengendalian hidrodinamika, para ilmuwan berhasil memproduksi lembaran padat dengan serat searah yang memiliki kekuatan tarik hingga sekitar 436 megapaskal. Pada versi hibrida yang melibatkan penambahan lembaran nano boron nitrida selama proses pertumbuhan, kekuatannya mencapai sekitar 553 megapaskal dengan konduktivitas termal tiga kali lipat lebih tinggi dari selulosa bakteri biasa. Seluruh proses ini dilakukan dalam satu tahap pada suhu ruangan, tanpa pelarut beracun maupun kondisi fermentasi alami yang rumit.
Ramah Lingkungan, Karakteristik, dan Potensi Aplikasi
"Plastik kertas" bakteri ini tetap bersifat biodegradable dan tidak memerlukan pembakaran atau pemrosesan termokimia seperti kebanyakan polimer sintetis. Selain itu, teknologi ini memungkinkan penggunaan media yang relatif sederhana, dan di masa depan, limbah pertanian dapat digunakan sebagai basis nutrisi fermentasi guna mendukung produksi massal yang ekonomis.
Para ilmuwan memproyeksikan penggunaan material baru ini di beberapa bidang utama:
- pengemasan, di mana material ini dapat menggantikan sebagian film dan kotak plastik sekali pakai;
- komponen otomotif dan konstruksi yang membutuhkan kekuatan sekaligus bobot ringan;
- elemen pengatur suhu, seperti komponen pelepasan panas untuk perangkat elektronik;
- tekstil dan elektronik ramah lingkungan, termasuk layar fleksibel dan sensor;
- sistem energi dan komposit yang mementingkan ketahanan terhadap beban mekanis.
Tantangan dan Alasan Mengapa Ini Bukan "Revolusi Instan"
Meski menjanjikan, material ini belum siap menggantikan plastik tradisional sepenuhnya, baik dari segi volume produksi maupun biaya. Implementasi industri akan memerlukan langkah-langkah berikut:
- membangun lini produksi skala besar;
- menyelesaikan masalah standarisasi dan regulasi pemerintah;
- membuktikan keandalan jangka panjang dalam kondisi klinis, otomotif, dan industri.
Kendati demikian, tim dari Rice University dan University of Houston memposisikan teknologi ini sebagai salah satu yang pertama di mana aspek ramah lingkungan tidak mengorbankan kekuatan dan stabilitas. Dalam beberapa tahun ke depan, mereka berencana mengembangkan lini percontohan bersama mitra industri, serta meneliti modifikasi material baru untuk aplikasi di bidang khusus.
