Es “panas” bisa dijadikan peranti medis

 

Fisikawan di Harvard telah menunjukkan bahwa lapisan-lapisan berlian yang diperlakukan khusus bisa menjaga air membeku pada suhu tubuh, sebuah temuan yang bisa memiliki aplikasi dalam implan-implan medis di masa mendatang.
Mahasiswa Doktor, Alexander Wissner-Gross dan Efthimios Kaxiras, profesor fisika dan Gordon McKay profesor Fisika Terapan, menghabiskan waktu satu tahun untuk membangun dan menguji model-model komputer yang menunjukkan bahwa sebuah lapisan berlian yang dilapisi dengan atom-atom natrium akan menjaga air tetap membeku sampai pada suhu 108 derajat Farenheit.
Dalam bentuk es, molekul-molekul air tertata dalam kerangka kaku yang memberikan karakeristik keras bagi zat tersebut. Proses pelelehan mirip dengan bangunan yang runtuh: bagian-bagian yang telah ditata menjadi struktur kuat bergerak dan mengalir satu sama lain, sehingga menjadi cair.
Model komputer menunjukkan bahwa kapanpun molekul air di dekat permukaan berlian-sodium mulai bergerak, permukaan tersebut menstabilkannya dan merakit ulang struktur kristal es.
Simulasi-simulasi menunjukkan bahwa proses ini bekerja hanya untuk lapisan-lapisan es yang begitu tipis yang lebarnya hanya terdiri dari beberapa molekul – tiga nanometer pada suhu kamar dan dua nanometer pada suhu tubuh. Satu nanometer sama dengan sepermilyar meter.
Lapisan tersebut harus cukup tebal untuk membentuk sebuah perisai yang kompatibel biologis pada permukaan berlian dan untuk membentuk lapisan-lapisan berlian yang lebih bermanfaat dalam peranti-peranti medis, kata Wissner-Gross.
Penelitian ini bukan penelitian pertama yang menunjukkan bahwa air bisa membeku pada suhu tinggi. Ilmuwan di Belanda sebelumnya telah menunjukkan bahwa es bisa terbentuk pada suhu kamar jika ditempatkan diantara ujung tungsten dan permukaan grafit. Penelitian Kaxiras dan Wissner-Gross menunjukkan bahwa es bisa dipertahankan pada permukaan yang luas pada suhu dan tekanan tubuh.
Perusahaan-perusahaan yang memproduksi peranti medis telah mempertimbangkan menggunakan lapisan-lapisan berlian dalam implan-implan medis karena kekerasannya. Akan tetapi, ada kekhawatiran yang meningkat karena lapisan-lapisan ini sulit untuk dijadikan halus, abrasi jaringan di sekitar implan bisa terjadi, dan berlian bisa memiliki peluang yang lebih tinggi untuk menyebabkan bekuan darah dibanding material lainnya.
Wissner-Gross mengatakan sebuah lapisan es dua-nanometer hanya akan mengisi ujung-ujung pada permukaan berlian, memperhalusnya dan tidak mendukung protein-protein pembekuan dalam melekat ke permukaan tersebut.
“Lapisan ini sudah cukup halus dan cukup ramah-air untuk memperhalus kekurangan berlian,” kata Wissner-Gross
Wissner-Gross dan Kaxiras sedang merencanakan eksperimen-eksperimen untuk menguatkan temuan-temuan model komputer ini dalam dunia nyata. Wissner-Gross mengatakan mereka mengharapkan hasil dalam waktu satu tahun ini.
“Kami sangat yakin kami mampu merealisasikan efek tersebut secara eksperimental,” kata Wissner-Gross.
Wissner-Gross, yang telah menjadi mahasiswa program doktor Harvard sejak 2003, mengatakan penelitian ini dilatarbelakangi oleh ketertarikan terhadap interaksi fisik permukaan-permukaan nanostruktur dengan molekul-molekul yang relevan secara biologis, seperti air. Lapisan-lapisan berlian semakin murah, kata Wissner-Gross, dan seiring dengan turunnya harga berbagai kegunaan material ini akan semakin berkembang.
“Kami punya ide bahwa akan sangat menarik jika kami dapat mengkombinasikan teori berkenaan permukaan-permukaan berlian dengan apa yang terjadi dalam kriobiologi,” kata Wissner-Gross. “Kami sedang memikirkan bagaimana caranya agar temuan ini dalam melakukan sesuatu yang menarik dalam bidang kedokteran.”
Wissner-Gross mengatakan dia berencana untuk melanjutkan penelitian bukan hanya tentang proyek ini, tetapi juga dalam upaya-upaya lain tentang fisika permukaan yang memiliki sifat-sifat terbaru.