Kekuatan Jaring Laba-Laba 4x Kekuatan Baja??
Halo Sobat Solid, ketemu lagi nih sama CHIMP. Kali ini CHIMP mau bahas tentang laba-laba khususnya keunikan sifat dari sutranya. Eits, bagi kalian yang takut sama binatang satu ini, atau mengidap arachnophobia, jangan cemas karena CHIMP ga bakal kasih gambar yang aneh-aneh kok hehe. Jadi kalian tetap bisa menikmati artikel CHIMP satu ini!
Sepertinya sudah banyak yang pernah dengar kabar bahwa sutra laba-laba memiliki kekuatan yang melebihi baja. Apakah benar demikian? Secara umum, benar, Sob! Tetapi hal ini tentunya bergantung pada jenis baja dan jenis laba-laba karena baja dan laba-laba memiliki banyak sekali jenis dengan variasi nilai kekuatan yang luas.
Mengejutkan gak sih, Sob? Ternyata benda yang sering kita lihat di pojok langit-langit kamar kita kekuatannya dapat melebihi kekuatan tarik baja yang kita pakai untuk rangka atap kita!
Inilah keunggulan yang paling menonjol jika dibandingkan dengan baja adalah rasio kekuatan terhadap densitasnya, di mana dengan densitas yang lebih kecil (1,1 g/cm3) sutra laba-laba memiliki kekuatan yang menyamai bahkan melebihi baja yang memiliki densitas sekitar 8,05 g/cm3. Sifat ini berguna untuk aplikasi seperti pesawat terbang di mana membutuhkan struktur yang ringan tapi tetap mempertahankan kekuatannya.
Tapi tentunya, perlu diingat bahwa jaring laba-laba, namanya jaring, ya keluarnya dalam bentuk serat ya Sob! Jadi, kalau kita mau mendapatkan batang yang lebih kuat dari batang baja, tentunya kita harus menggabungkan sedemikian banyak sutra laba-laba (iya, jaring laba-laba itu disebut juga sutra laba-laba) hingga setebal batang baja tadi! Waduh, perlu berapa banyak tuh ya?
Lalu bagaimana jika dibandingkan dengan sesama serat, seperti Kevlar?
Ternyata sutra laba-laba (±1,1 GPa) masih tidak dapat mengungguli kekuatan tarik Kevlar (3,0–3,6 GPa). Meskipun begitu, sutra laba-laba memiliki nilai ketangguhan yang lebih tinggi, yang berarti material ini dapat menyerap lebih banyak energi impak dibanding Kevlar. Grafik di bawah juga menunjukkan bahwa sutra laba-laba lebih ulet karena menunjukkan regangan yang lebih besar dibanding Kevlar.
Nah, sifat-sifat yang sangat menggiurkan tadi membuat orang-orang tertarik untuk mengembangkan produk-produk dari serat sutra laba-laba ini. Beberapa perusahaan, seperti Adidas dan The North Face, telah berhasil mencoba membuat prototipe produk berbahan sutra laba-laba. Sifat tangguh dari sutra laba-laba ini bahkan juga sedang dicoba dimanfaatkan untuk pengembangan rompi antipeluru sebagai pengganti serat poliamida milik Kevlar, lho!! Selain itu, protein sutra laba-laba juga bersifat biocompatible sehingga sangat dapat dimanfaatkan dalam bidang biomedis, kosmetik, dan fashion.
Akan tetapi, meski dengan begitu luasnya kegunaan dari sutra laba-laba ini, serat ini masih sangat sulit untuk diproduksi secara massal, Sob.
Mengapa? Karena laba-laba tidak dapat diternak. Mereka memiliki sifat yang teritorial dan kanibal. Sehingga hampir mustahil untuk beternak laba-laba dalam jumlah banyak di satu tempat.
Meski begitu, masalah tersebut tidak menghentikan para ilmuwan untuk terus mencoba berbagai cara menghasilkan protein sintetis penyusun sutra laba-laba. Baru-baru ini bakteri E. coli, ragi, tanaman, ulat sutra, bahkan kambing telah direkayasa secara genetik untuk dapat menghasilkan protein penyusun sutra laba-laba.
AMSilk telah berupaya menumbuhkan protein sutra laba-laba di dalam bakteri E. coli dan mengeringkannya hingga berbentuk bubuk. Bubuk protein ini berfungsi sebagai zat aditif untuk losion yang dapat mempertahankan kelembapan kulit. Protein ini juga dapat dimanfaatkan sebagai pelapis pada implan silikon karena sifatnya yang biokompatibel. Selain itu protein ini juga dapat dimanfaatkan sebagai media untuk penumbuhan insulin secara in vitro untuk membantu pengobatan pasien diabetes. Upaya pengembangan protein sintetis ini terus berjalan walaupun protein yang dihasilkan masih lebih pendek dan sederhana dibanding sutra laba-laba sebenarnya.
Kok bisa sekuat itu?
Nah, sekarang kita bahas mengapa sutra laba-laba bisa memiliki kekuatan yang sangat tinggi. Sifat ini dihasilkan dari struktur dan unsur penyusun sutra laba-laba. Sutra laba-laba terdiri dari protein bernama spidroins yang tersusun oleh asam amino: alanine, glycine, dan proline sebagai komponen utamanya. Protein ini akan berubah dari cair menjadi padat setelah meninggalkan tubuh laba-laba. Persentase dari kandungan tiap asam amino inilah yang akan mempengaruhi elastisitas dan kekuatan dari sutra laba-laba.
- Alanine akan membentuk struktur kristalin dan meningkatkan kekuatannya.
- Glycine akan membentuk struktur amorf dan meningkatkan elastisitasnya.
Struktur glycine pada sutra laba-laba sebelum diregangkan akan berbentuk keriting. Namun, sesaat diregangkan struktur keriting tersebut akan merapikan diri untuk mengakomodasi adanya regangan yang diberikan. Sedangkan struktur alanine yang sudah rapi sedari awal tetap mempertahankan bentuknya dan meningkatkan kekuatan yang dimiliki sutra laba-laba. Nah, inilah kenapa sutra laba memiliki regangan dan kekuatan yang sama-sama tinggi. Dari sini juga, kenapa sutra laba-laba memiliki sifat ketangguhan yang tinggi.
Satu bundel sutra laba-laba akan terdiri dari ratusan serat yang saling mengikat satu sama lain untuk mempertahankan kesatuannya. Masing-masing serat akan mengikat satu sama lain dengan adanya ikatan sekunder berupa gaya van der Waals. Meskipun satu ikatan van der Waals memiliki kekuatan yang jauh lebih kecil dibanding ikatan logam milik baja, karena strukturnya yang rapat dan tersusun dari ribuan ikatan, ikatan van der Waals dapat menghasilkan kekuatan tarik yang jauh melebihi baja pada umumnya.
Tiap jenis laba-laba dapat menghasilkan jenis sutra yang berbeda-beda. Bahkan satu jenis laba-laba dapat memanipulasi sifat sutra yang dihasilkan agar sesuai dengan kebutuhannya. Dapat dilihat pada struktur sarang mereka, tiap bagian struktur akan tersusun dari sutra dengan sifat yang berbeda-beda. Sutra dragline biasanya memiliki kekuatan tertinggi di antara sutra lainnya.
Penulis
Annas Amartya Atmawijaya (Teknik Material 2017)
Petrik Manuel (Teknik Material 2019)
Referensi
https://inchemistry.acs.org/content/inchemistry/en/atomic-news/spider-webs.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Spider_silk
https://web.mit.edu/
https://www.sciencemag.org/news/2017/10/spinning-spider-silk-startup-gold
