Nanopartikel TiO2: Solusi Efektif untuk Pelindungan dari Sinar UV

Pendahuluan: Ancaman Sinar UV

Radiasi matahari yang dipancarkan ke bumi bervarisasi yaitu radiasi inframerah (IR), cahaya tampak, dan ultraviolet (UV) yang termasuk dalam spektrum elektromagnetik (100 nm hingga 1 mm). Sinar UV memiliki panjang gelombang terpendek yaitu 10 hingga 400 nm dan memiliki energi tertinggi, sehingga inilah yang membuat sinar UV paling berbahaya. Sinar UV juga terbagi menjadi 3 tipe yaitu UVA, UVB, dan UVC, dimana UVC memiliki energi tertinggi dan panjang gelombang terpendek dari tipe lainnya (dapat dilihat pada gambar). Dampak dari terpaparnya sinar UV jangan panjang adalah kanker kulit, penuaan dini (sperti kerutan, garis halus, bitnik-bintik hitam di wajah), sunburn (kulit terbakar, kemerahan, dan nyeri), dan penurunan sistem kekebalan tubuh sehingga lebih rentan terhapa infeksi. Sehingga perlu perlingungan terhadap sinar UV di era modern dengan paparan sinar matahari yang semakin meningkat ini, salah satunya dengan menggunakan tabir surya. Tabir surya mengandung bahan aktif yang berperan penting dalam memantulkan sinar UV, sehingga melindungi kulit dari kerusakan. Dengan memanfaatkan bahan aktif berrupa titanium dioksida (TiO2) dapat menjadi perisai yang efektif untuk mencegah sunburn, penuaan dini, dan resiko kanker kulit (Chavda et al., 2023).

Jenis radiasi UV beserta daya tembusnya ke dalam kulit dan penyakit yang terkait (Sumber: Chavda et al., 2023)

Apa itu nanopartikel TiO2?

Material anorganik yang memiliki potensi dan aplikasi yang luas dalam kehidupan yaitu titanium dioksia (TiO2). Setiap tahun, titanium dioksida digunakan secara signifikan dalam produk kosmetik dan farmasi, baik sebagai pigmen ataupun sebagai filter tabir surya. Nanopartikel TiO₂ yang bersifat transparan dan mampu menyerap radiasi UV secara efektif, menjadikannya bahan unggulan dalam produk tabir surya. Ukuran partikel TiO₂ yang optimal untuk tabir surya adalah antara 50–150 nm, yang memastikan keamanan dan kinerja maksimal. Titanium dioksida menyerap Cahaya pada panjnag gelombang 275 hingga 405 nm dan memantulkan Cahaya secara efektif berkat indeks biasanya yang tinggi. Kedua efek yang dimiliki senyawa ini yaitu penyerapan dan pemantulan, berkontribusi terhadap perlindungan yang diperoleh dari titanium dioksida terhadap sinar UV (Ghamarpoor et al., 2023).

Struktur kristal TiO₂, yaitu anatase dan rutile, memengaruhi kinerjanya dalam tabir surya. Anatase lebih efektif menyerap sinar UV tetapi memiliki aktivitas fotokatalitik lebih tinggi yang dapat menghasilkan radikal bebas, sehingga biasanya dilapisi untuk meningkatkan keamanannya. Rutile lebih stabil dan efektif memantulkan sinar UV serta memberikan transparansi lebih baik pada kulit, membuatnya ideal untuk penggunaan dalam produk kosmetik.

Struktur kristal brookite, rutile, dan anatase dari TiO2 (Sumber: Navidpour et al., 2023)

Darimana sumber TiO2 dan bagiamana proses produksinya?

Sumber titanium dioksida dapat diperoleh dari mineral alam seperti rutil, anatas atau ilmenite. Senyawa ini dapat dimurnikan dengan melarutkannya dalam asam sulfat dan mengendapkan pengotornya. Larutan kemudian dihidrolisis, dicuci, dan dikalsinasi. Sebenarnya tidak hanya dengan menggunakan asam sulfat saja dapat memperoleh titanium dioksida yang berukuran nano. Banyak parameter-parameter yang harus diperharikan dalam sintesis/produksi nanopartikel titanium dioksida ini seperti, prekursor (bahan baku), pH, suhu, aditif, pelarut, konsentrasi prekursor, dan metode. Metode sintesis yang umum digunakan peneliti diantaranya metode hidrotermal, sol-gel, presipitasi, microwave, dan banyak lainnya. Masing-masing metode ini memiliki kelebihan dan kekurangan dalam proses sintesis nanopartikel TiO2 (Siddiqui et al., 2022).

Apa peran TiO2 dalam Tabir Surya?

Peran titanium dapat dilihat pada mekanisme kerja tabir surya dalam melindungi kulit dari sinar UV dibawah ini. Ketika sinar UV jatuh ke permukaan kulit yang dilapisi tabir surya, sinar UV akan dipantulkan kembali ke arah luar (back scattering), menjauhi kulit. Ini mencegah sinar UV menembus lebih dalam. Selain itu nanopartikel TiO2 di dalam tabir surya menyebarkan sinar UV di dalam lapisan tabir surya itu sendiri (front scattering). Penyebaran ini mengurangi energi sinar UV sehingga efeknya melemah sebelum mencapai kulit. Kombinasi pemantulan dan penyebaran ini memastikan bahwa sinar UV tidak langsung mebembus kulit, sehingga mengurangi resiko kerusakan kulit.

Interaksi tabir surya dengan sinar UV (Sumber: nanosence.sri.com)

Apa manfaat TiO2 di Era Nanoteknologi?

Di era nanoteknologi, senyawa TiO₂ dalam bentuk nanopartikel memiliki banyak manfaat berkat ukuran partikel yang sangat kecil, yang meningkatkan luas permukaan dan aktivitas kimianya. Nanopartikel TiO₂ efektif sebagai fotokatalis, yang dapat digunakan dalam pemurnian udara dan air dengan menguraikan polutan di bawah sinar UV. Selain itu, TiO₂ juga digunakan dalam pengembangan material pintar, seperti lapisan anti-kotoran dan anti-bakteri, berkat kemampuannya memecah kontaminan secara kimiawi. Dalam industri kosmetik, nanopartikel TiO₂ memberikan perlindungan UV yang lebih efektif dan tahan lama tanpa meninggalkan lapisan putih pada kulit, berkat peningkatan kemampuan penyerapan dan pemantulan sinar UV.