Telset.id – Para ilmuwan dari University of Chicago dan Northwestern University berhasil mengembangkan membran sintetis cerdas yang meniru kemampuan sel biologis dalam mengontrol aliran ion. Teknologi ini membuka peluang baru untuk penyaringan air yang lebih efisien dan ekstraksi logam berharga seperti lithium dari air laut.
Menggunakan saluran nano berukuran angstrom, tim peneliti menemukan bahwa penambahan sejumlah kecil ion logam seperti timbal, kobalt, atau barium dapat secara dramatis mengubah cara kalium melewati membran. “Yang paling menarik dari penelitian kami adalah kami menunjukkan betapa drastisnya transportasi ion dalam saluran 2D angstrom dapat berubah dengan kehadiran ion lain, bahkan dalam fraksi kecil,” kata Mingzhan Wang, penulis pertama studi tersebut.
Dalam eksperimen, penambahan 1% ion timbal mampu menggandakan aliran kalium. Efek ini tidak terjadi karena dorongan ekstra, melainkan karena ion timbal memperlambat ion kompetitor sehingga kalium dapat berpasangan dengan klorida dan membentuk senyawa netral yang lebih mudah melewati membran.
Baca Juga:
Profesor Kimia Northwestern University, George Schatz, menjelaskan mekanisme ini: “Tidak ada muatan yang ingin berinteraksi dengannya, sehingga membuat molekul baru dapat mengalir lebih cepat daripada jika kedua ion mengalir secara terpisah melalui saluran.”
Yang lebih menarik, efek ini bisa dibalik. Penambahan kobalt atau barium justru akan mengganggu pembentukan pasangan kalium-klorida dengan bersaing untuk tempat ikatan dengan timbal. “Dengan mengubah kombinasi spesies ion, kami dapat beralih dari efek kooperatif ke efek penghambatan,” jelas Qinsi Xiong, penulis pertama lainnya.
Untuk memahami fisika di balik fenomena ini, tim menggunakan simulasi dinamika molekul non-kesetimbangan yang dirancang khusus. “Hasil kami selaras dengan eksperimen, menunjukkan bahwa fisika yang kami masukkan berada di jalur yang benar,” tambah Xiong.
Penemuan ini memiliki implikasi luas di berbagai bidang. Membran pintar semacam ini suatu hari nanti dapat digunakan untuk:
- Menyaring kontaminan dari air minum secara selektif
- Mengekstrak logam berharga seperti lithium dari air laut dengan limbah minimal
- Mengembangkan komputasi fluida berbasis ion
- Menciptakan sistem penyaringan air yang beradaptasi secara real-time terhadap kontaminasi
Penelitian yang dipublikasikan di Nature Communications ini menandai terobosan signifikan dalam teknologi membran. Seperti teknologi kulit elektronik yang dikembangkan Meta, inovasi ini menunjukkan bagaimana meniru alam dapat menghasilkan solusi teknis yang revolusioner.
Sementara tantangan krisis kobalt terus menghantui industri baterai, penemuan ini menawarkan metode alternatif untuk mengekstrak dan memurnikan logam penting secara lebih efisien dan berkelanjutan.
