Cambridge, Gontornews — Kabar gembira buat korban luka bakar. Atau pecinta kulit mulus nan awet. Inovasi baru dari MIT (Massachusetts Institute of Technology) telah berhasil mengembangkan kulit dan syaraf buatan yang berfungsi normal secara fisiologis.
Tim riset MIT di Cambridge, AS, tidak hanya sukses mengembangkan kulit buatan, namun juga memastikan jaringan triuan tersebut berfungsi layaknya kulit normal, yang di dalamnya pembuluh darah dan jaringan syaraf. Inovasi ini diharapkan dapat membantu para korban luka bakar, atau siapa saja yang memerlukan jaringan kulit baru. Termasuk, Anda yang menghendaki penampilan prima dengan kulit yang selalu mulus dan awet muda.
Inovasi tersebut bermula dari keberhasilan mengembangkan metode untuk mengikat gelatin (hidrogel) dengan bahan polimer elastis (elastomer). Keduanya merupakan bahan dasar membuat sel kulit buatan, jaringan syaraf tiruan, dan lensa kontak tahan lama.
Untuk diketahui, jika kita membuat jeli (hidrogel), dalam jangka waktu tertentu, akan menguap, meninggalkan massa yang menyusut, mengeras dan kisut, bentuk tidak menarik selera. Hal yang sama berlaku untuk hidrogel. Karena sebagian besar terbuat dari air, hidrogel akan melar ketika menyerap air dan menyusut dan keriput saat mengering.
Kini, peneliti MIT menemukan cara untuk mencegah efek dehidrasi dari hidrogel. Mereka menggunakan teknik khusus yang dapat menyebabkan kita dapat membuat lensa kontak tahan lama, perangkat mikofluida elastis, perangkat bioelektronik yang fleksibel, dan bahkan kulit buatan.
Tim pimpinan Xuanhe Zhao dari Departemen Teknik Mesin MIT menemukan metode untuk mengikat hidrogel dan polimer elastis (elastomer) seperti karet dan silikon yang kedap air. Mereka menemukan, antara lapisan hidrogel dengan lapisan elastomer tipis tersedia penahan jebakan air yang membuat hidrogel tetap lembab, fleksibel, dan kuat. Hasilnya terpublikasi dalam jurnal Nature Communications (Juli 2016).
Meniru Kulit Manusia
Zhao mengatakan, tim terinspirasi oleh desain kulit manusia, yang memiliki epidermis luar yang terikat dan melindungi lapisan dermis. Lapisan epidermis bertindak sebagai perisai yang melindungi dermis, jaringan saraf, pembuluh kapiler, serta otot dan organ tubuh dari efek pengeringan.
Polimer hibrid hidrogel-elastomer dirancang seperti ikatan epidermis dan dermis pada kulit alamiah. Bahkan, hibrid ini lebih kuat dan elastis hingga dapat digunakan untuk aneka kepentingan. Zhao dan tim mengembangkan model desain hidrogel-elastomer. Selain itu, para peneliti mengeksplorasi berbagai aplikasi untuk bahan hibrida, termasuk kulit, pembuluh darah, dan syaraf buatan.
“Kami berharap penelitian ini akan membuka jalan untuk pembuatan kulit sintetis, pembuluh darah dan jaringan syaraf buatan sehingga dapat membuat robot bionik yang mampu beroperasi seperti makhluk hidup cerdas yang memiliki kulit, jaringan maun organ biologis pada umumnya,” kata Zhao.
Selain Zhao, peneliti MIT lain yang terlibat adalah Hyunwoo Yuk, Alberto Parada, Xinyue Liu, dan Teng Zhang, yang kini menjadi asisten profesor di Syracuse University.
Zhao dan tim mengembangkan teknik untuk membuat ikatan yang sangat kuat dari hidrogel dengan permukaan padat seperti logam, keramik, dan kaca. Mereka menggunakan teknik ini untuk menanamkan sensor elektronik dalam hidrogel untuk membuat semacam perban “pintar”.
Mereka menemukan fakta, hidrogel dapat mengering dan kehilangan fleksibilitas seiring berjalannya waktu. Untuk mengatasinya, pernah dicoba dengan tambahan garam untuk mencegah dehidrasi. Hasilnya memang efektif, tetapi, metode ini dapat membuat hidrogel tidak kompatibel dengan jaringan biologis.
Melalui berbagai kajian dan pertimbangan, akhirnya Tim Zhao terinspirasi oleh desain kulit alami dengan merancang lapisan hidrogel yang punya karakter elastis seperti kulit dan tahan dari efek dehidrasi. Mereka segera membuat elastomer sebagai pelapis ideal dari karet alam. Tantangan terbesarnya adalah bagamana membuat ikatan polimer hidrogel dan elastomer ini tahan lama.
Pasalnya, jelas Hyunwoo Yuk, “kebanyakan elastomer hidrofobik, yang berarti mereka tidak suka air.” Sementara itu, hidrogel hasil modifikasi yang tahan dehidrasi cenderung tidak punya daya rekat yang baik. Bahan berbeda biasanya tidak dapat membentuk adhesi yang baik, tambahnya. Maka, solusinya, mereka menggunakan senyawa benzofenon. Ikatan kimia antara kedunya semakin kokoh setelah diaktivasi menggunakan cahaya sinar ultraviolet (UV).
Lebih Kuat dari Kulit Alami
Setelah mencelupkan lembaran tipis elastomer ke dalam larutan benzofenon, para peneliti membungkus elastomer dengan selembar hidrogel dan menyinarinya dengan sinar UV. Setelah 48 jam di laboratorium kering, berat bahan hibrid tidak berubah. Ini menunjukkan hidrogel stabil dan tetap lembab. Mereka juga mengukur kekuatan daya rekatnya. Untuk memisahkannya diperlukan energi 1.000 joule per meter persegi. Ini jauh lebih tinggi dari gaya yang dibutuhkan untuk mengupas epidermis kulit dari dermis.
Zhao menyimpulkan, ‘’ikatan hibrid yang terbentuk lebih kuat dari kulit,” kata Zhao. “Kami juga bisa meregangkan bahan tersebut hingga tujuh kali dari panjang aslinya, dan ikatan dalam hibrid ternyata masih berfungsi.”
Mengambil analogi kulit, tim juga menemukan metode simulasi membuat jaringan pembuluh darah sederhana. Mereka membuat pola dengan litografi lembut. Mereka mencelup elastomer berpola dalam benzofenon dan meletakkan selembar hidrogel ke atasnya, kemudian menyinarinya dengan ultraviolet. Mereka mendapati pembuluh buatan itu mampu mengalirkan cairan warna merah, biru, dan hijau melalui saluran yang tersedia.
Dari hasil tersebut, Yuk optimis hibrid-elastomer dapat digunakan sebagai perban mikofluida fleksibel untuk pemberian obat secara langsung melalui kulit. “Riset menunjukkan, kami dapat membuat rangkaian mikofluida elastis yang fungsional,” jelasnya.
“Dalam tubuh, kita mendapat polimer jaringan dan saluran organ yang bergerak, meliuk dan mengalami deformasi. Di sini, kita mungkin bisa membuat model mikrofluida yang benar-benar berfungsi dan operasional seperti jaringan yang ada dalam tubuh makhluk hidup,” jelasnya.
Peluang Aplikasi Baru
Para peneliti juga menjelajahi potensi penggunaan hibrida sebagai sirkuit ionik kompleks. Seperti jaringan saraf kulit yang mengirim ion dan sensasi sinyal seperti panas dan nyeri. Zhao mengatakan hidrogel, yang sebagian besar terdiri dari air, adalah konduktor alami yang memungkinkan ion-ion dapat mengalir. Penambahan lapisan elastomer, tambahnya, dimungkinkan bertindak sebagai insulator yang mencegah ion dari melarikan diri keluar sistem, sehingga setiap sirkuit polimer dapat berfungi secara berkelanjutan .
Untuk membuat polimer hibrid itu konduktif terhadap ion, para peneliti merendam bahan hibrida dalam larutan pekat natrium klorida, kemudian menghubungkannya dengan simpul untuk lampu LED. Dengan menempatkan elektroda di kedua ujung materi, mereka mampu menghasilkan arus ion yang dapat menyalakan lampu tersebut.
“Kami juga telah menunjukkan sirkuit yang sangat indah dan tidak terbuat dari logam, melainkan dari hidrogel yang mampu membuat simulasi seperti fungsi neuron yang elastis,” kata Yuk. “Kami dapat meregang mereka hingga tingkat tertentu, dan mereka masih mempertahankan konektivitas dan fungsinya.”
Syun-Hyun Yun, profesor Harvard Medical School dan Massachusetts General Hospital berkomentar, hidrogel dan elastomer memiliki sifat fisik dan kimia yang berbeda yang, bila dikombinasikan, dapat menumbuhkan potensi aplikasi baru. Meski tidak terlibat dalam penelitian, lanjutnya, ‘’Saya bisa membayangkan kulit buatan cerdas dapat ditanam sebagai jendela untuk berinteraksi dengan tubuh untuk memantau kesehatan, penginderaan patogen, dan reaksi obat.”
Dia berharap, riset lanjutan dapat lebih menguji potensi bahan hibrida di sejumlah aplikasi, termasuk untuk pengembangan perangkat elektronik untuk aplikasi pengobatan dan perban on-demand, serta pengembangan aneka apikasi lensa kontak yang lebih praktis dan tahan lama, bahkan permanen.
“Pada akhirnya, kami mencoba untuk memperluas argumen menggunakan hidrogel sebagai toolset yang canggih dan multiguna,” harap Zhao.
[Dedi Junaedi]
