Biofabrikasi Dalam Industri Biotekstil Untuk Memperoleh Tekstil Cerdas Berkelanjutan

Selama berabad-abad, manusia sudah mendominasi pengembangan serat dan tekstil untuk membuat pakaian yang terbuat dari elemen alami maupun sintetis. Namun, industri tekstil tak berkelanjutan membatasi penggunaan sumber daya alam. Sehingga bahan turunan petrokimia secara bertahap mulai digantikan oleh bahan alternatif yang mudah terbiodegradasi.

Besarnya daya cipta manusia memungkinkan untuk mengganti bahan busana dengan meniru, mereproduksi dan meningkatkan mesin bioteknologi mutakhir. Sehingga memungkinkan produksi biotekstil dengan mempertimbangkan dua syarat, yaitu:

1.       Penampilan dan kinerja pakaian harus dipertahankan agar sesuai dengan permintaan pasar tekstil saat ini, dan pada saat yang sama

2.       Fungsi-fungsi baru harus dimasukkan ke dalam pakaian kita agar dapat diterima

Biofabrikasi pun menjadi pilihan paling berkelanjutan dalam memproduksi benang serta bahan busana tanpa eksploitase tanaman maupun kekejaman terhadap hewan. Pendekatan bioteknologi dan biologi sintetik menghasilkan serat yang bisa diproduksi sendiri. Dimana material tersebut dapat diubah lebih lanjut menjadi benang, kain woven maupun non-woven menggunakan kemajuan baru seperti tenun, perancah, pemintalan listrik, bioprinting 3D, atau strategi manufaktur aditif lain.

Biofiber dapat dihasilkan dari beberapa cara:

1.       Kultur mikroorganisme hidup seperti bakteri dan ragi sebagai biofaktori, misalnya protein rekombinan.

2.       Bakteri tunggal atau hubungan simbiosis mutualisme antara bakteri dan ragi (ex: selulosa bakteri)

3.       Perancah miselium jamur

4.       Ekstraksi bahan mentah dari limbah pertanian (biomassa sayuran)

Apa Itu Biofiber?

Biofiber adalah biopolimer yang terdiri dari polisakarida dan protein, namun dapat diekstraksi dari biomassa, disintesis menggunakan monomer turunan hayati, atau diproduksi oleh mikroorganisme. Biotekstil lainnya terdiri dari kompleks β-glukan/kitin yang baru-baru ini direkayasa dari miselium jamur menjadi bahan mirip kulit biofabrikasi.

Sektor biotekstil sendiri mencakup beberapa cabang ilmu lain seperti bioteknologi, nanoteknologi, biologi sintetik, polimer, dan ilmu material, teknologi tekstil, desain, manufaktur berbantuan dan robotika, kecerdasan buatan, rekayasa biomedis, dan rekayasa genetika.

Terlepas dari itu, berikut beberapa perbedaan antara biofiber dengan serat alami konvensional:

1.       Biobased mengacu pada produk yang sebagian atau seluruhnya berasal dari biomassa, seperti tanaman, pohon, atau hewan (biomassa dapat mengalami pengolahan secara fisik, kimia, atau biologis).

2.       Biosintetik yaitu bahan polimer sintetik, seluruhnya atau sebagian, terdiri dari senyawa turunan hayati. Senyawa ini dapat dibuat dengan masukan yang berasal dari biologi (biomassa) dan/atau dimana prosesnya dilakukan oleh mikroorganisme hidup.

3.       Biofabrikasi, seluruhnya diproduksi oleh sel hidup mamalia atau mikroorganisme, seperti bakteri, ragi, dan jamur.

Selain berasal dari kata “hijau”, istilah ini juga merujuk pada tekstil terbarukan, dapat dibuat kompos, dan dapat terurai secara hayati.

Biopolimer utama dapat menghasilkan serat menurut komposisi kimia berbasis protein atau polisakarida diantaranya yaitu:

1.       Berbasis protein

Meliputi kolagen, fibroin, gelatin, kasein, dan aktin secara alami berasal dari hewani, sedangkan protein lain seperti kedelai, whey, dan zein dapat diperoleh dari sumber nabati.

Serat berbasis protein menjadikan kolagen dan sutra sebagai biopolimer paling menarik untuk pengembangan biotekstil. Urutan asam amino kolagen yang berulang memungkinkan pembentukan struktur protein sekunder yang stabil berupa triple heliks. Dimana heliks berkumpul membentuk susunan kuaterner dan memungkinkan kolagen berkumpul jadi protein fibrilar yang ditemukan di seluruh tubuh.

Serat kolagen diproduksi dari sumber daya alam terbarukan, meliputi peptide kolagen laut atau sisik ikan daur ulang. Hasilnya berupa tekstil berkarakter lembut yang sangat cocok untuk kulit sensitif. Beberapa dimodifikasi melalui penumbuhkan ragi direkayasa sebagai pabrik sel yang menghasilkan protein. Bahan penyusun protein heterolog bisa melakukan biofabrikasi bahan yang tahan abrasi, tahan air, dapat bernapas, ringan, dan tahan lama dengan karakteristik mirip kulit.

Upaya signifikan telah dilakukan untuk memperoleh serat sutera rekombinan, terutama dari laba-laba, dragline, atau ulat sutera. Kemajuan terkini dalam biologi sintetik dan proses fermentasi memungkinkan ekspresi tingkat tinggi dari protein rekombinan ini, menggunakan bakteri, ragi, sel hewan, dan tumbuhan sebagai biofaktori. Protein tersebut kemudian diisolasi dan diubah menjadi benang dengan mekanisme pemintalan. Teknologi ini juga dapat menghasilkan produk lain, seperti resin dan bahan sejenis kulit.

Protein berserat terstruktur β-sheet, baru-baru ini dieksplorasi karena sifatnya yang menarik. Aawalnya diisolasi dari gigi cincin cumi-cumi yang mensintesis serat dan dapat menyembuhkan diri sendiri. Pengembangan tekstil tahan lama dengan panas dan tekanan, kencang dan elastis seperti spandeks dan responsif terhadap panas. Baru-baru ini, serat wol bisa diwarnai melalui rekayasa protein rekombinan yang awalnya diisolasi dari karang, ubur-ubur, atau tiram.

2.       Berbasis polisakarida

Secara alami, polisakarida berasal dari nabati. Contoh paling umum berupa selulosa, pati, kitin/kitosan, pektin, alginat, dan karagenan. Kompleks β-glukan/kitin yang berasal dari jamur tumbuh sebagai serat yang mampu menghasilkan biotekstil.

Serat berbasis polisakarida, selulosa, kitin, dan alginat mampu menghasilkan biopolimer yang paling menjanjikan. Selulosa bakteri diekstrusi oleh spesies Gram-negatif dari genera Komagataeibacter, Acetobacter, Rhizobium, Agrobacterium, Pseudomonas, Salmonella, Alcaligenes, dan Sarcina (bakteri Gram-positif).

Media fermentasi spesifik dan strain mutan diperlukan untuk produksi skala industri dalam bioreaktor agitasi dan pengangkat udara, reaktor membran, atau bioreaktor horizontal. Selulosa bakteri difermentasi selama beberapa hari hingga minggu menggunakan elemen untuk memberi kekuatan mekanik atau fitur lain.Polisakarida alami juga ditemukan di beberapa sumber, termasuk cangkang kepiting, udang, kerangka luar arthropoda, cangkang cumi-cumi moluska, dan jamur.

·         Kitin adalah komponen utama pada dinding sel jamur pembentuk β-glukan kompleks dengan kekakuan struktural pada miselium.

·         Miselium ialah jaringan makroskopis biomassa sel tubular yang saling berhubungan dengan jamur berfilamen selama pertumbuhannya.

Pembudidayaan miselium pada substrat tertentu dapat ditanam dengan kemampuan cerna dan pengubahan selulosa menjadi komposit alami. Pengumpulan ke dalam perancah yang tepat guna menciptakan lembaran berkarakter menarik. Setelah perlakuan fisik dan kimia, lembaran biomassa jamur secara visual menyerupai kulit dengan sifat material dan sentuhan yang sebanding.

Sumber polisakarida lainnya yaitu alginate yang diproduksi oleh bakteri dan rumput laut. Keduanya berbeda dalam komposisi, modifikasi, massa molekul, viskoelastisitas, dan polidispersitas. Mengarah pada berbagai aplikasi termasuk penggunaan alginat dalam nanopartikel, tabung nano, mikrosfer, mikrokapsul, spons, hidrogel, busa, elastomer, dan serat.

Salah satunya dihasilkan oleh biomassa salah satu organisme yang tumbuh paling cepat di bumi yaitu rumput laut, ganggang coklat besar atau oarweed. Produk paling populer biomassa nabati adalah produk hasil ekstraksi kulit buah dengan campuran polimer dengan proporsi berbeda. PU yang ditularkan melalui air seperti apel, anggur, nanas, dan kaktus.