Karbon nanopori merupakan hasil proses pemurnian lebih lanjut dari arang aktif. Karbon nanopori dibuat dengan proses pirolisis pada suhu 900-3000oC sambil dialirkan arus plasma pada tekanan tertentu. Arang yang mengalami proses pirolisis pada suhu 900oC dan 1300oC menunjukkan adanya peningkatan derajat kristalinitas dari 15,42% menjadi 79,18%. Hal ini menunjukkan adanya perubahan struktur dari atom karbon yang bersifat amorf menjadi pola struktur yang teratur. Karbon nanopori adalah karbon aktif yang memiliki ukuran pori di bawah 100 nm. Karbon nanopori secara fisik terdiri dari bahan padat yang berisi karbon (matriks) dan rongga kosong (pori). Peningkatan jumlah dan ukuran pori dilakukan melalui proses aktivasi dengan beberapa cara yaitu kimia, fisika dan cetakan (template). Karbon nanopori dapat dibuat melalui 2 tahapan yaitu proses karbonisasi dan proses aktivasi dengan menggunakan activation agent seperti KOH, NaOH, K2CO3, garam fosfat dan sebagainya
Karbon nanopori dapat buat dari berbagai sumber seperti kayu jati, bambu, tempurung kelapa, dan sebagainya. Karena sifatnya yang porous, karbon nanopori memiliki luas permukaan yang sangat luas dengan rata-rata luas permukaannya adalah 850 m2/g. Keunggulan bahan berpori ini memungkinkan elektron transfer antar elektroda untuk berjalan secara efektif antara reaksi redoks. Karbon nanopori telah banyak digunakan dalam industri elektronika, komputer dan mobil yang bahan baku utamanya atom karbon. Dalam bidang kimia, karbon nanopori dapat dimanfaatkan sebagai elektroda karena merupakan material yang inert dan memiliki konduktivitas yang tinggi dan sebagai bahan kapasitor elektrokimia. Pemanfaatan karbon nanopori dalam bidang industri juga telah berkembang pesat seperti sebagai bahan penyerap, penyaring air, pemisahan gas, serat sintetik dan elektroda penyimpan energi . Karbon nanopori juga telah dikembangkan sebagai bahan elektroda pada degradasi elektrokimia zat warna pada pewarnaan kain batik.
Biosensor adalah perangkat bioanalitik yang mengintegrasikan rekognisi molekul dengan suatu transduser fisikokimia. Biosensor berbasis karbon untuk analisis dengan transduser elektrokimia biasanya dibuat dalam bentuk pasta karbon (CPE) yang dimodifikasi dengan melibatkan reaksi kimia yang berasal dari makhluk hidup seperti enzim-substrat. Penggambaran “lock and key” (gembok dan kunci) dirancang untuk menggambarkan tingginya reaksi selektivitas dan spesifitas yang terjadi pada molekul biologi. Dalam hal ini kabon berfungsi sebagai media pendukung enzim dengan cara adsorpsi. CPE dibuat dengan menggunakan campuran serbuk karbon nanopori dan paraffin dengan perbandingan 7:3.
Sensor atau biosensor berbasis CPE digunakan dalam analisis amina biogenik di mana elektrokimia berhasil bersaing dengan metode pemisahan, seperti HPLC. Modifikasi CPE dengan enzim polifenol oksidase dapat digunakan untuk deteksi dopamine, yaitu senyawa turunan katekol. Daging buah pisang, mengandung enzim polifenol oksidase, dicampur dengan serbuk karbon dan parafin direkatkan pada bagian ujung elektroda. Enzim polifenol oksidase akan mengkatalisis dihidroksi dari dopamin membentuk quinone dengan adanya oksigen. Reduksi elektrokimia quinone kembali membentuk hidroksi menyebabkan aliran arus yang sebanding dengan konsentrasi dopamin
Berbagai macam biosensor elektrometri berbasis CPE yang dimodifikasi telah banyak dibuat. Sejauh ini, jumlah terbesar biosensor dikhususkan untuk analisis gula, glukosa menjadi analit favorit. Sebagian besar metode menggunakan glukosa oksidase bersama dengan berbagai kompleks logam, nanomaterial logam, polimer, cairan ionik, dll. Metode yang sangat sensitif untuk penentuan glukosa dan insulin secara simultan didasarkan pada pasta karbon yang dimodifikasi secara kimia dan biologis yang terintegrasi di mana sinyal glukosa bergantung pada aktivitas katalitik glukosa oksidase dan sinyal insulin bergantung pada aktivitas elektrokatalitik rutenium oksida. Sistem pasangan ion ionon-nafion yang tergabung sebagai mediator elektron mampu secara simultan menentukan asam askorbat (AA) dan asam urat (UA) dalam matriks biologis dan klinis yang kompleks. Modifikasi CPE dengan polimelamin-nanopartikel emas dapat digunakan untuk deteksi secara simultan dopamine (DA), AA, dan UA secara voltammetri. Biosensor potensiometri berbasis CPE yang dimodifikasi dengan molecular imprinted polymer (MIP) memgunakan template analitnya dapat digunakan sebagai sensor melamin, glukosa, dopamine, asam urat, kreatinin, keratin, dan sebagainya.
Penulis: Dr. Muji Harsini, M.Si.
Informasi terkait dengan tulisan ini ada di:
Synthesis and property of porous material for sustainable resources-based biosensor: A review, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 980 (2020) 012029 doi:10.1088/1757-899X/980/1/012029
