Mosquito, atau nyamuk, adalah public enemy number one bagi umat manusia. Bayangkan saja, gigitannya bikin gatal minta ampun, belum lagi penyakit mematikan yang dibawanya. Nggak heran kalau nyamuk dinobatkan sebagai hewan paling mematikan di muka Bumi, mengalahkan hiu, singa, atau bahkan mantan yang suka PHP.
Tapi, di balik reputasinya yang bikin merinding, ada secercah harapan dari makhluk kecil ini. Ilmuwan ternyata terinspirasi oleh "belalai" nyamuk untuk menciptakan teknologi 3D printing super canggih. Kedengarannya aneh, tapi mari kita bedah lebih dalam.
Inspirasi ini datang dari Changhong Cao, seorang bioengineer dari McGill University. Doi kepincut sama kemampuan nyamuk betina yang menusuk kulit dengan presisi tinggi tanpa ketahuan. Alhasil, Cao dan timnya mengembangkan 3D printer resolusi tinggi dengan memanfaatkan belalai nyamuk sebagai nozzle alias mata pencetaknya. Istilah kerennya, "necroprinting".
Necroprinting ini diklaim mampu mencetak garis dengan lebar separuh dari printer komersial yang ada. Dalam uji coba, alat ini sukses menciptakan struktur 3D kompleks dari bioink, mulai dari sarang lebah sampai miniatur daun maple. Bahkan, mereka berhasil membuat semacam rumah mini yang berisi sel kanker dan sel darah merah.
Necroprinting: Daur Ulang Organisme Mati yang Cerdas
Ide ini nggak cuma keren, tapi juga ramah lingkungan. Tim Cao memanfaatkan struktur organisme mati yang dibudidayakan di laboratorium. Dengan begitu, biaya produksi ujung printer resolusi tinggi bisa ditekan dan dampak lingkungan bisa diminimalkan. Keren, kan?
Inspirasi dari alam memang bukan barang baru di dunia engineering. Dulu, kita kenal permukaan anti air yang terinspirasi dari daun lotus atau Velcro yang meniru duri tanaman burdock. Sekarang, inovasinya makin gila dengan menggabungkan biomaterial fleksibel dan sel hidup dengan plastik untuk menciptakan robot biohibrida yang bisa merasakan, menyembuhkan diri, dan beradaptasi dengan lingkungan.
Tren yang lebih ekstrem lagi adalah memanfaatkan anatomi hewan secara langsung. Contohnya, belut lumpur, kecoa madagaskar, dan kaki kumbang yang dipakai untuk membuat perangkat biohibrida. Perangkat ini bisa dipakai untuk memantau kondisi medis dan lingkungan. Ada juga "necrobot" yang memanfaatkan kaki laba-laba sebagai penjepit mikro. Penjepit ini bisa menggenggam benda dengan berat 130% dari beratnya sendiri dan jadi alternatif murah meriah yang biodegradable.
Kenapa Harus Nyamuk? Emang Nggak Ada Hewan Lain?
Tim Cao punya alasan khusus kenapa milih belalai nyamuk. Pertama, nozzle itu komponen penting dalam 3D printing dan sering dipakai di laboratorium. Sayangnya, ujung nozzle yang beredar sekarang umumnya dibuat dari bahan yang nggak bisa terurai, kayak logam dan plastik. Padahal, Amerika Serikat aja menghasilkan lebih dari empat miliar ujung nozzle setiap tahunnya.
Kedua, nozzle resolusi tinggi itu mahal. Ujung printer logam terbaik yang ada di pasaran punya diameter dalam sekitar 35 mikrometer, seukuran sel kulit manusia. Harganya bisa mencapai 80 dolar AS per buah, atau sekitar 1,2 juta rupiah. Makanya, nggak semua orang bisa pakai teknologi ini.
Tim Cao kemudian melakukan survei besar-besaran terhadap berbagai anggota tubuh hewan untuk mencari nozzle alami yang ideal. Mereka mempertimbangkan sengat kalajengking, taring ular, harpun siput kerucut, dan cakar berbagai serangga mematikan. Masing-masing punya bentuk, panjang, dan diameter dalam yang unik, tapi nggak semuanya cocok untuk jadi nozzle printer.
Nozzle yang ideal seharusnya lurus seperti jarum, kaku supaya bentuknya nggak berubah saat cairan mengalir, punya diameter dalam yang kecil untuk resolusi tinggi, dan panjang yang pas supaya mudah dimanipulasi tapi nggak bikin tekanan berlebih. Setelah menimbang-nimbang, belalai nyamuk betina akhirnya terpilih.
Belalai nyamuk punya inti biopolimer yang membuatnya tetap lurus seperti jarum mikro saat cairan mengalir. Diameternya juga cuma 20 mikrometer, lebih kecil dari nozzle komersial yang ada. Tingkat kekakuannya pun mirip dengan plastik pada umumnya.
Nyamuk Juga Pernah Jadi Inspirasi di Dunia Medis
Belalai nyamuk sebelumnya juga pernah menginspirasi pembuatan jarum mikro untuk biopsi kanker. Jarum ini minim trauma bagi jaringan di sekitarnya. Bedanya, jarum mikro itu dibuat dari bahan buatan manusia. Sementara itu, penelitian yang dilakukan tim Cao ini memakai organ asli nyamuk hasil budidaya laboratorium.
Untuk "memanen" belalai nyamuk, tim Cao membekukan nyamuk betina hasil budidaya laboratorium dan memandikannya dengan alkohol untuk mensterilkannya. Setelah itu, mereka merancang adaptor khusus untuk menghubungkan belalai nyamuk dengan ujung logam yang terpasang pada extruder mekanis. Extruder ini berfungsi mengatur aliran cairan.
Printer Berkelanjutan yang Lebih Murah dan Efisien
Resin dipakai untuk menutup celah antara ujung komersial dan biologis supaya nggak bocor. 3D bioprinter ini punya lengan vertikal yang mengangkat nozzle ke atas dan ke bawah, serta "panggung" horizontal di bagian bawah yang berfungsi sebagai kanvas. Dalam uji coba, necroprinter ini mampu menangani tinta komersial yang biasa dipakai untuk bioprinting. Tapi, belalainya bisa sobek kalau cairan mengalir terlalu cepat. Sama kayak sedotan kecil, sistem ini juga bisa gagal kalau tinta menggumpal di bagian bawah dan merusak ujungnya. Jadi, kecepatan aliran tinta dan kecepatan gerakan nozzle harus diatur dengan hati-hati.
Ketidakseimbangan antara kedua kekuatan itu bisa menyebabkan tekanan berlebih. Ujung-ujungnya, tinta bisa muncrat atau belalai nyamuknya malah pecah. Tapi, setelah parameternya pas, necroprinter ini bekerja dengan akurat dan bisa diprediksi. Alat ini mampu mencetak garis dengan lebar sekitar 20 mikrometer, lebih baik dari nozzle tercanggih yang ada. Bahkan, alat ini juga berhasil mencetak bentuk yang lebih kompleks, seperti sarang lebah dan daun maple.
Struktur mikroskopis yang dihasilkan necroprinter ini melampaui kemampuan resolusi ujung logam dan plastik standar. Dalam demo lain, tim Cao memakai bioink yang berisi sel kanker atau sel darah merah. Hasilnya, necroprinter ini mampu menciptakan struktur yang penuh dengan sel-sel yang tetap hidup dan sehat. Selain itu, printhead ini juga menjanjikan untuk pengiriman obat dengan resolusi tinggi. Saat diisi dengan hidrogel, alat ini mampu mengendapkan material ke dalam kulit babi dengan volume yang sangat rendah, mirip dengan pengiriman terapeutik.
Dibandingkan dengan printhead 3D buatan, belalai nyamuk punya diameter dalam dan ketebalan dinding yang sangat konsisten. Harganya pun sangat terjangkau. Menurut tim Cao, biaya membesarkan seekor nyamuk cuma dua sen, atau sekitar 300 rupiah. Sementara itu, biaya merakit ujung necroprinting nggak sampai satu dolar AS, atau sekitar 15 ribu rupiah.
Sayangnya, ujung necroprinting ini nggak sekuat komponen plastik karena terbuat dari jaringan biologis. Dalam uji coba awal, ujung ini bisa bertahan selama sembilan hari di suhu ruangan dan setidaknya satu tahun di dalam freezer. Nozzle ini juga bekerja optimal di suhu yang nyaman bagi nyamuk, yaitu sekitar 20-30 derajat Celsius. Tapi, perubahan suhu ekstrem bisa bikin alat ini rusak parah. Tim Cao sekarang sedang memetakan batas-batas suhu yang aman.
Meski masih ada beberapa kendala, sistem ini menunjukkan potensi besar untuk mengintegrasikan material biologis ke dalam manufaktur canggih. Jadi, lain kali kalau digigit nyamuk, jangan langsung kesel. Siapa tahu, gigitan itu adalah pengingat bahwa makhluk kecil ini bisa menginspirasi inovasi besar.