Jejak antibiotik di perairan sering kali tidak tampak, tetapi dampaknya nyata. Salah satu yang banyak disorot adalah tetrasiklin—antibiotik spektrum luas yang digunakan pada manusia maupun hewan—yang dapat bertahan di sistem akuatik dan berkontribusi pada risiko ekologis, termasuk mendorong munculnya resistensi antimikroba. Di sisi lain, teknologi pengolahan air limbah konvensional kerap belum efektif menghilangkan residu tetrasiklin secara tuntas, sehingga diperlukan pendekatan yang lebih efisien sekaligus berkelanjutan.
Berangkat dari tantangan tersebut, riset yang baru terpublikasi di Sustainable Chemistry for Climate Action ini memperkenalkan adsorben “bio-hibrida magnetik” bernama MA-Fe3O4@E.coli. Material ini dirancang dari dua sumber utama yang menarik: biomassa rumput laut non-produktif (Sargassum filipendula) dan biomassa Escherichia coli yang diinaktivasi, lalu dipadukan dengan nanopartikel magnetit (Fe3O4). Tujuannya bukan sekadar meningkatkan kemampuan menangkap tetrasiklin, tetapi juga memudahkan pemisahan adsorben dari air menggunakan gaya magnet—sebuah keuntungan praktis untuk aplikasi pemurnian air.
Dari biomassa pesisir menjadi “adsorben magnetik”
Bahan dasar rumput laut Sargassum filipendula diambil dari kawasan pesisir Pasir Panjang, Kupang, Nusa Tenggara Timur. Biomassa ini dibersihkan, dikeringkan, dan digiling (100 mesh), kemudian diaktivasi menggunakan larutan HCl 0,05 M agar permukaannya lebih siap menjadi “penyangga” bagi komponen magnetik.
Tahap berikutnya adalah “memagnetkan” biomassa tersebut dengan membentuk Fe3O4 melalui proses kopresipitasi garam Fe(II)/Fe(III), lalu mengatur pH hingga basa sehingga terbentuk endapan hitam magnetit yang dapat dipisahkan secara magnetik. Endapan kemudian dicuci dan dikeringkan, menghasilkan MA- Fe3O4.
Keunikan penelitian ini semakin kuat saat komponen biologis ditambahkan: biomassa E. coli tidak digunakan dalam keadaan hidup, melainkan dikeringkan dan diautoklaf untuk memastikan sel mati, sehingga fungsionalitas kimia permukaan (misalnya gugus amina, karboksilat, fosfat, hidroksil) dapat dimanfaatkan tanpa membawa risiko biologi dari mikroorganisme hidup. Biomassa E. coli kemudian diimobilisasi pada MA-Fe3O4 melalui proses refluks (65 °C, 60 menit) dengan variasi muatan (200, 300, 400 mg), menghasilkan komposit MA-Fe3O4@E.coli.
Bukti struktur: magnetitnya “tetap”, komponen biologisnya “menempel”
Keberhasilan perakitan komposit tidak hanya dinyatakan, tetapi diverifikasi lewat karakterisasi. Spektrum FTIR menunjukkan getaran Fe–O sekitar 570–580 cm-1 yang menegaskan struktur Fe3O4 tetap ada setelah proses imobilisasi, sementara penguatan pita amida (1650–1550 cm-1) mengindikasikan hadirnya biomolekul dari E. coli di permukaan. Pergeseran dan pelebaran pita O–H/N–H juga mengarah pada dominasi interaksi elektrostatik dan ikatan hidrogen sebagai mekanisme “penempelan” biomassa pada permukaan nanopartikel.
Dari sisi kristalinitas, XRD masih menampilkan puncak khas magnetit (Fe3O4). Pada muatan E. coli tertentu (terutama 300 ppm), puncak mengalami penurunan intensitas dan sedikit pelebaran yang ditafsirkan sebagai indikasi interaksi biomassa dengan permukaan Fe3O4 serta kemungkinan strain kisi ringan—tanpa merusak identitas fase magnetitnya.
Yang menarik, FESEM-EDX memperlihatkan keterlekatan bakteri yang relatif merata; pada kondisi 300 ppm E. coli terbentuk keterikatan yang paling stabil (disebut membentuk biofilm stabil) dan ini selaras dengan performa adsorpsi terbaiknya.
Kinerja penjerapan tetrasiklin: bukan hanya “menangkap”, tetapi juga “bisa dipakai ulang”
Dalam uji adsorpsi batch, komposit dengan muatan 300 ppm E. coli menunjukkan performa optimum. Pada konsentrasi awal tetrasiklin 25 mg/L dan dosis adsorben 0,6 g, tercatat kapasitas adsorpsi 32,0 mg/g dengan efisiensi 76,8%.
Optimasi parameter proses menunjukkan pola yang logis untuk sistem adsorpsi berbasis interaksi permukaan. Efisiensi cenderung menurun pada konsentrasi awal yang terlalu tinggi karena situs adsorpsi makin cepat “penuh”, sedangkan dosis adsorben optimum berada di 0,6 g—lebih tinggi dari itu justru dilaporkan dapat menurunkan efisiensi karena kejenuhan situs aktif dan fenomena terkait distribusi adsorbat-adsorben. Dari sisi pH, kondisi optimum berada pada pH 7, saat tetrasiklin masih cukup terprotonasi sehingga interaksi elektrostatik dengan permukaan bermuatan sesuai menjadi kuat; pada pH yang lebih tinggi, tetrasiklin makin terdeprotonasi dan afinitas elektrostatiknya melemah. Waktu kontak optimum dilaporkan sekitar 30 menit, setelah itu sistem memasuki kondisi mendekati setimbang. Temperatur optimum berada pada 328,15 K, sejalan dengan karakter proses yang terbantu pemanasan ringan.
Bagaimana tetrasiklin menempel?
Penjelasan mekanistiknya kuat karena menggabungkan sifat kimia tetrasiklin dengan permukaan komposit. Tetrasiklin memiliki gugus hidroksil, amina, dan karbonil. Pada permukaan MA-Fe3O4@E.coli, tersedia gugus-gugus fungsional dari biomassa (misalnya hidroksil/amina/karboksilat) yang memungkinkan pembentukan ikatan hidrogen dan tarik-menarik elektrostatik. Selain itu, gugus karbonil tetrasiklin dapat berkoordinasi dengan ion Fe2+/Fe3+ pada inti MA-Fe3O4, memperkuat ikatan melalui koordinasi logam-ligan. Kombinasi beberapa jalur interaksi inilah yang menjelaskan mengapa material bio-hibrida ini bisa bekerja efektif.
Model kinetika menunjukkan data paling sesuai dengan pseudo-second-order (R2 = 1,000), sementara isoterm paling sesuai dengan Langmuir (R2 = 0,997) dan memberikan kapasitas maksimum (qm) 2,51 mg/g, yang ditafsirkan sebagai dominasi pembentukan lapisan tunggal pada situs yang relatif homogen, dengan kontribusi interaksi fisik sebagai penguat.
Secara termodinamika, proses adsorpsi dilaporkan spontan (ΔG° negatif pada rentang 308,15–338,15 K) dan sedikit endotermik (ΔH° = +7,76 ± 3,43 kJ/mol), yang konsisten dengan temuan bahwa kenaikan temperatur dapat membantu meningkatkan kapasitas hingga titik tertentu.
Keunggulan besar lainnya adalah aspek regenerasi. Desorpsi tetrasiklin paling efektif dicapai dengan campuran metanol-air (1:1), menghasilkan efisiensi desorpsi 87,7%. Dalam uji pemakaian berulang hingga lima siklus, kapasitas adsorpsi menurun dari 2,85 mg/g (siklus pertama) menjadi 1,69 mg/g (siklus kelima), tetapi material masih mempertahankan lebih dari 59% kapasitas awalnya. Penulis menekankan bahwa performa ini menunjukkan stabilitas mekanik-kimia yang baik dan regenerasi dapat dilakukan tanpa perlakuan kimia yang “keras”, sehingga menjanjikan untuk pemurnian air sekaligus pemulihan antibiotik.
Mengapa temuan ini penting?
Riset ini memperlihatkan arah desain material yang semakin relevan: memadukan sumber biomassa terbarukan (rumput laut non-produktif) dengan pemisahan magnetik yang praktis, lalu “memperkaya” permukaan dengan komponen biologis yang memperbanyak gugus fungsional aktif. Dengan demikian, adsorben tidak hanya efektif, tetapi juga lebih mudah dioperasikan dan berpotensi lebih ramah lingkungan. Penulis bahkan menegaskan bahwa MA-Fe3O4@E.coli dapat menjadi alternatif berbiaya rendah dan lebih “benign” dibanding komposit berbasis kitosan-Fe3O4 untuk penghilangan antibiotik serta pemulihan adsorben secara magnetik dalam aplikasi pengolahan air limbah.
Pada akhirnya, inti pesan riset ini jelas: ketika limbah/biomassa pesisir dipadukan dengan rekayasa material berbasis magnet dan fungsionalisasi biologis, lahir material pemurni air yang tidak hanya “menangkap polutan”, tetapi juga realistis untuk dipisahkan dan digunakan ulang. Dalam konteks pencemaran antibiotik yang kian kompleks, pendekatan semacam ini menawarkan jalan yang menarik—mengubah sumber daya lokal menjadi teknologi yang menjawab isu global.
Penulis: Handoko Darmokoesoemo
Handoko Darmokoesoemo, Yantus A.B. Neolaka, Bernadeta Ayu Widyaningrum, Yosep Lawa, Eka B.S. Kalla, Arsel A.P. Riwu Magdarita Riwu, Febri Odel Nitbani, Efrisca M.Br. Damanik, Andrew Nosakhare Amenaghawon, Heri Septya Kusuma, Bio-hybrid magnetic MA-Fe3O4@E.coli nanocomposite for efficient tetracycline adsorption: Synthesis, mechanistic insights, and reusability, Sustainable Chemistry for Climate Action, 8 (2025) 100180. DOI: 10.1016/j.scca.2025.100180
Link: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772826925001257
