Bisnis.com, BANDUNG – Ada banyak hewan yang memiliki indera lebih canggih daripada manusia, salah satunya kupu-kupu.
Kupu-kupu dapat melihat rentang warna yang lebih luas, termasuk sinar ultraviolet (UV).
Terinspirasi oleh sistem visual kupu-kupu Papilio xuthus yang disempurnakan, para ilmuwan telah mengembangkan sensor pencitraan yang mampu "melihat" ke dalam kisaran UV yang tidak dapat diakses oleh mata manusia.
Desain sensor ini menggunakan fotodioda bertumpuk dan nanokristal perovskit (PNC) yang mampu mencitrakan panjang gelombang yang berbeda dalam kisaran UV.
Dengan menggunakan tanda tangan spektral penanda biomedis, seperti asam amino, teknologi pencitraan baru ini bahkan mampu membedakan antara sel kanker dan sel normal dengan tingkat kepercayaan 99%.
"Kami terinspirasi oleh sistem visual kupu-kupu, yang mampu melihat berbagai wilayah dalam spektrum UV, dan mendesain kamera yang mereplikasi fungsi tersebut," kata Gruev, profesor teknik elektro dan komputer dari University of Illinois Urbana-Champaign.
"Kami melakukan ini dengan menggunakan nanokristal perovskit baru, dikombinasikan dengan teknologi pencitraan silikon, dan teknologi kamera baru ini dapat mendeteksi beberapa wilayah UV," tambahnya.
Sinar UV adalah radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang yang lebih pendek daripada cahaya tampak (tetapi lebih panjang daripada sinar-x).
Kita sangat akrab dengan radiasi UV dari matahari dan bahaya yang ditimbulkannya terhadap kesehatan manusia. Berdasarkan rentang panjang gelombang yang berbeda, sinar UV dapat dikategorikan menjadi tiga, yaitu UVA, UVB dan UVC.
Karena manusia tidak dapat melihat sinar UV, maka sangat sulit untuk menangkap informasi UV, terutama untuk melihat perbedaan kecil di antara setiap kategori.
Kupu-kupu dapat melihat variasi kecil dalam spektrum UV, seperti manusia yang dapat melihat nuansa biru dan hijau. Gruev mencatat, "Sangat menarik bagi saya, bagaimana mereka bisa melihat variasi kecil itu. Sinar UV sangat sulit untuk ditangkap, sinar ini akan diserap oleh segala sesuatu, dan kupu-kupu berhasil melakukannya dengan sangat baik."
Manusia memiliki penglihatan trikromatik dengan tiga fotoreseptor, di mana setiap warna yang dilihat dapat dibuat dari kombinasi warna merah, hijau, dan biru.
Akan tetapi, kupu-kupu memiliki mata majemuk, dengan enam (atau lebih) kelas fotoreseptor dengan kepekaan spektral yang berbeda.
Secara khusus, Papilio xuthus, kupu-kupu swallowtail Asia berwarna kuning, tidak hanya memiliki reseptor biru, hijau dan merah, tetapi juga ungu.
Selain itu, kupu-kupu memiliki pigmen fluoresen yang memungkinkan mereka mengubah sinar UV menjadi cahaya tampak yang kemudian dapat dengan mudah dirasakan oleh fotoreseptor mereka. Hal ini memungkinkan mereka untuk melihat rentang warna dan detail yang lebih luas di lingkungan mereka.
Selain peningkatan jumlah fotoreseptor, kupu-kupu juga menunjukkan struktur berjenjang yang unik pada fotoreseptornya.
Untuk meniru mekanisme penginderaan UV pada kupu-kupu Papilio xuthus, tim UIUC telah meniru proses tersebut dengan menggabungkan lapisan tipis PNC dengan susunan fotodioda silikon berjenjang.
PNC adalah kelas nanokristal semikonduktor yang menunjukkan sifat unik yang mirip dengan titik kuantum, mengubah ukuran dan komposisi partikel mengubah sifat penyerapan dan emisi material.
Dalam beberapa tahun terakhir, PNC telah digunakan sebagai bahan yang menarik untuk aplikasi penginderaan yang berbeda, seperti sel surya dan LED.
PNC sangat baik dalam mendeteksi panjang gelombang UV (dan bahkan lebih rendah) yang tidak dapat dideteksi oleh detektor silikon tradisional.
Pada sensor pencitraan yang baru, lapisan PNC mampu menyerap foton UV dan memancarkan kembali cahaya dalam spektrum tampak (hijau) yang kemudian dideteksi oleh fotodioda silikon berjenjang. Pemrosesan sinyal ini memungkinkan pemetaan dan identifikasi tanda tangan UV.
Bagaimana kemampuan kupu-kupu bisa membantu mendeteksi kanker?
Terdapat berbagai penanda biomedis yang terdapat dalam jaringan kanker dengan konsentrasi yang lebih tinggi daripada jaringan sehat, asam amino (blok penyusun protein), protein, dan enzim.
Ketika tereksitasi dengan sinar UV, penanda ini menyala dan berpendar dalam UV dan bagian dari spektrum yang terlihat, dalam proses yang disebut autofluoresensi.
"Pencitraan di wilayah UV selama ini terbatas dan menurut saya hal tersebut merupakan penghalang terbesar untuk membuat kemajuan ilmiah," jelas profesor bioteknologi, Shuming Nie.
"Sekarang kami telah menemukan teknologi ini di mana kami dapat mencitrakan sinar UV dengan sensitivitas tinggi dan juga dapat membedakan perbedaan panjang gelombang yang kecil," tambahnya.
Karena sel kanker dan sel sehat memiliki konsentrasi penanda yang berbeda dan oleh karena itu memiliki tanda spektral yang berbeda, maka kedua kelas sel tersebut dapat dibedakan berdasarkan fluoresensinya dalam spektrum UV.
Tim peneliti mengevaluasi perangkat pencitraan mereka berdasarkan kemampuannya untuk membedakan penanda terkait kanker dan menemukan bahwa perangkat tersebut mampu membedakan antara kanker dan sel sehat dengan tingkat kepercayaan 99%.
Gruev, Nie dan tim peneliti kolaboratif mereka membayangkan untuk dapat menggunakan sensor ini selama operasi. Salah satu tantangan terbesar adalah mengetahui seberapa banyak jaringan yang harus diangkat untuk memastikan margin yang jelas dan sensor semacam itu dapat membantu memfasilitasi proses pengambilan keputusan saat ahli bedah mengangkat tumor kanker.
"Teknologi pencitraan baru ini memungkinkan kita untuk membedakan sel kanker dan sel sehat dan membuka aplikasi baru dan menarik di luar kesehatan," kata Nie. (Kresensia Kinanti)
