Nanopartikel Karbon Aktif Dapat Menyebabkan Inflamasi Paru-Paru

Karbon aktif banyak dimanfaatkan oleh manusia terutama sebagai adsorben dikarenakan luas permukaannya yang besar. Karbon aktif ini merupakan karbon yang berkarakteristik memiliki banyak pori sehingga luas permukaannya besar dan menjadi aktif. Meski memiliki banyak manfaat, ternyata karbon aktif juga memiliki dampak buruk terhadap kesehatan manusia. Peneliti dari University of Iowa Roy J. and Lucille A. Carver College of Medicine menemukan bahwa inhalasi nanopartikel karbon aktif dapat meningkatkan sumber inflamasi paru-paru hingga dua kali lipat.

Martha Monick, Ph.D., seorang professor penyakit dalam University of Iowa yang memimpin riset ini menemukan bahwa nanopartikel aktif ini dapat menyerang jaringan dan mematikan sel paru-paru sehingga inflamasi terjadi. Tim peneliti ini juga menemukan bahwa inhalasi nanopartikel karbon aktif dari sumber seperti gas buang mesin diesel dan tinta printer menyebabkan respons awal paru-paru terhadap inflamasi. Namun hal ini bukan berarti apabila kita melewati kabut asap buangan diesel langsung menyebabkan paru-paru kita sakit.

Pada awalnya para peneliti berhipotesis bahwa kematian sel berlangsung secara apoptosis, yaitu suatu proses kematian sel yang diakibatkan oleh senyawa kimia tertentu sehingga terjadi pemisahan organel-organel sel namun tetap di terlindungi membran dan tidak merusak jaringan di sekitarnya. Namun, hasil eksperimen menunjukkan bahwa proses yang lain, yang disebut piroptosis terjadi. Piroptosis merupakan proses kematian sel karena hancurnya membran sehingga organel-organelnya keluar. Penemuan lain yang cukup mengejutkan dari eksperimen ini adalah bahwa nanopartikel karbon aktif juga dapat menghancurkan makrofag. Makrofag adalah salah satu bentuk sel darah putih yang berperan dalam sistem imunitas manusia yang dapat “memakan” mikroorganisme patogen. Pada paru-paru, makrofag bertindak sebagai pencegah infeksi. Hal ini juga yang menyebabkan inflamasi paru-paru semakin meningkat akibat nanopartikel ini.

Hasil penelitian mereka telah dipublikasikan di Journal of Biological Chemistry. Melalui hasil penelitian ini inflamasi paru-paru karena faktor lingkungan dapat dijelaskan akibat adanya nanopartikel karbon aktif.

Unsur Karbon Bukan Berasal dari Big Bang

Teori terbentuknya alam semesta yang saat ini dipercaya dan telah memiliki banyak bukti pendukung adalah teori ledakan besar (Big Bang). Namun pertanyaan besar masih muncul mengenai misteri terbentuknya kehidupan di Bumi setelah terjadinya Big Bang. Telah diketahui bahwa sebenarnya Big Bang tidak memproduksi karbon secara langsung. Lalu bagaimanakah unsur karbon terbentuk sehingga menghasilkan bentuk kehidupan berbasis karbon di Bumi? Pertanyaan itulah yang menjadi dasar riset tim peneliti dari North Carolina State University. Tim ini menggunakan simulasi superkomputer untuk mendemonstrasikan bagaimana karbon terbentuk di bintang untuk membuktikan sebuah teori lama.

Lebih dari 50 tahun yang lalu, seorang astronom bernama Fred Hoyle berhipotesis bahwa isotop karbon-12 (C-12) dapat terbentuk dari tiga atom helium-4 (He-4) atau partikel alfa yang bergabung di dalam inti bintang. Namun, ketiga partikel alfa itu sulit untuk berkombinasi membentuk karbon. Sehingga dari hipotesisnya tersebut, Hoyle beranggapan bahwa terbentuk isotop karbon-12 dengan keadaan energi yang berbeda sehingga memungkinkan terbentuknya karbon di dalam inti bintang. Keadaan baru ini disebut sebagai “keadaan Hoyle”. Eksperimen terakhir menunjukkan bahwa teori tersebut benar namun simulasi pembentukan karbon dari partikel alfa masih belum berhasil.

Fisikawan NCSU, Dean Lee bersama koleganya dari Jerman Evgeny Epelbaum, Hermann Krebs, dan Ulf-G. Meissner telah mengembangkan suatu metode baru yang menjelaskan seluruh cara yang mungkin agar proton dan neutron dapat berikatan satu sama lain di dalam inti. Metode ini disebut sebagai “teori medan efektif” yang diformulasi dari kisi bilangan kompleks.

Bilangan kompleks merupakan bilangan yang terdiri atas bilangan real dan imajiner. Bentuk umum persamaan bilangan kompleks mengandung unit imajiner (i) yaitu akar kuadrat –1. Persamaan yang menggunakan bilangan kompleks tidak dapat menghasilkan solusi apabila hanya digunakan bilangan real saja atau bilangan imajiner saja. Persamaan matematis yang mengandung bilangan kompleks biasanya digambarkan dalam diagram Argand. Diagram ini memuat sumbu-x sebagai bilangan real dan sumbu-y sebagai bilangan imajiner, serta daerah di antaranya disebut bidang kompleks.

Dengan pemodelan yang menggunakan analisis kompleks ini, peneliti dapat mensimulasikan interaksi antar partikel. Ketika peneliti menempatkan 6 proton dan 6 neutron pada kisi kubus dalam simulasi superkomputer tersebut, isotop karbon-12 dalam keadaan Hoyle terbentuk. Melalui hasil tersebut disimpulkan bahwa simulasi ini valid dan terbukti dapat menjelaskan pembentukan karbon.

Dengan menggunakan simulasi superkomputer berbasis bilangan kompleks ini, persamaan yang menggambarkan keadaan Hoyle pada pembentukan karbon-12 di dalam inti bintang dapat dicari. Selain itu, simulasi ini juga dapat menjelaskan bagaimana unsur karbon terbentuk dan kehidupan berbasis karbon di Bumi berawal.

Superatom: Mengubah Atom Non-Magnet Menjadi Magnet

Kebanyakan atom atau unsur memiliki kecenderungan untuk membentuk molekul senyawa dengan karakteristik yang berbeda dengan unsur penyusunnya maupun unsur lain yang ada di tabel periodik. Namun beberapa unsur ditemui dapat membentuk kelompok atom yang menyerupai unsur lain di tabel periodik dengan karakter magnetik yang tidak biasa.

Suatu tim dari Virginia Commonwealth University telah menemukan suatu jenis baru superatom. Superatom ini terdiri dari atom magnesium yang termagnetisasi, meskipun magnesium alami tidak memiliki aktivitas magnetisme. Tim ini melaporkan bahwa superatom ini terbentuk dari logam pusat besi (Fe) dan 8 atom magnesium (Mg) membentuk struktur yang stabil menyerupai ikosahedral. Klaster ini membentuk semacam magnet kecil dengan sumber magnet berasal dari logam besi dan magnesium yang termagnetisasi. Kombinasi ini sesuai dengan kekuatan magnet dari satu atom Fe dengan distrbusi elektron spin tertentu yang merata di seluruh bagian klaster. Hasil riset mereka telah dipublikasikan pada Proceedings of the National Academy of Sciences.

Riset yang didukung oleh U.S Department of Energy ini membuka peluang ditemukannya metode yang lebih efisien untuk mengubah atom yang tidak bersifat magnet menjadi magnet melalui pengaturan atom magnet tunggal. Meskipun terdapat lebih dari seratus unsur pada tabel periodik, hanya terdapat 9 unsur yang memiliiki karakter magnet pada keadaan padat. Kombinasi antara karakter magnet dan konduktivitas dari superatom ini juga menjadi keuntungan.Magnesium merupakan konduktror listrik yang baik sehingga superatom ini menggabungkan karakter magnet dan konduktivitas listrik pada kulit terluar.

Kestabilan superatom ini dipengaruhi oleh struktur elektronik dari masing-masing penyusunnya. Kelompok superatom dengan delapan atom magnesium menambah kestabilan karena orbital valensi elektron yang terisi penuh. Orbital valensi yang penuh ini lebih sulit dipisahkan dibandingkan dengan orbital yang kosong atau setengah terisi sehingga menjadi lebih stabil. Orbital valensi yang penuh ini ditemui pada golongan gas mulia.

Kombinasi antara karakter kemagnetan dan konduktivitas listrik dari superatom ini dapat digunakan untuk aplikasi perangkat “elektronik molekular”. Teknologi semacam ini dapat menciptakan perkembangan di dunia komputer kuantum dengan prosesor yang lebih cepat, penyimpanan data yang lebih besar, dan sistem pengolahan data yang lebih terintegrasi.