Pertanian modern menghadapi berbagai tantangan serius, mulai dari perubahan iklim, serangan hama dan patogen, hingga penurunan kesuburan tanah yang berdampak pada hasil panen. Di Indonesia, misalnya, produktivitas padi masih tertinggal dibandingkan negara tetangga seperti Vietnam.
Untuk menjawab tantangan ini, inovasi teknologi menjadi kebutuhan yang mendesak, salah satunya adalah penerapan nano-biosensor sebagai solusi presisi dan berkelanjutan dalam sistem pertanian. Inovasi ini tidak hanya bersifat teknologis tetapi juga sosial, karena menuntut keterlibatan petani dalam adopsi digitalisasi pertanian secara menyeluruh.
- Apa itu nano-biosensor?
- Peran nano-biosensor dalam pengelolaan hama
- Kendala penerapan teknologi nano-biosensor
- Penerapan teknologi nano-biosensor di dunia
Apa itu nano-biosensor?
Nano-biosensor adalah perangkat deteksi molekuler berskala nano yang menggabungkan unsur nano seperti nanopartikel logam, karbon nanotube, atau struktur nanofluidic dengan bioreceptor berupa enzim atau antibodi. Fungsinya adalah mengenali target biologis atau kimiawi tertentu seperti patogen tanaman, senyawa kimia pencemar, atau indikator stres fisiologis tanaman.
Keunggulan utama nano-biosensor terletak pada sensitivitas tinggi, waktu respon yang cepat, kemudahan integrasi dengan perangkat portabel, serta kemampuan aplikasi langsung di lapangan tanpa memerlukan laboratorium kompleks. Penerapan nano-biosensor dalam pertanian mencakup berbagai aspek penting.
Salah satunya adalah deteksi dini stres fisiologis tanaman serta serangan patogen. Misalnya, peningkatan konsentrasi senyawa seperti hidrogen peroksida (H₂O₂) dalam jaringan tanaman bisa menjadi indikator awal adanya infeksi.
Nano-biosensor mampu mengenali perubahan semacam ini dalam waktu singkat, sehingga memungkinkan tindakan responsif seperti penyesuaian irigasi atau pengaplikasian pestisida secara tepat waktu dan terukur. Hal ini penting untuk mencegah penyebaran penyakit tanaman secara meluas dan menghindari kerugian ekonomi yang besar.
Selain itu, nano-biosensor juga digunakan dalam pemantauan kondisi lingkungan pertanian, baik pada tanah maupun air. Melalui sensor piezoelektrik atau elektrokimia, petani dapat memantau kelembaban, pH, kadar nutrien, dan suhu secara kontinu.
Informasi ini memungkinkan optimalisasi penggunaan air dan pupuk, sehingga efisiensi input pertanian meningkat dan pemborosan sumber daya bisa diminimalisir. Dalam jangka panjang, teknologi ini mendukung praktik pertanian konservasi yang menjaga kualitas lahan dan sumber daya air secara berkelanjutan.
Fungsi penting lainnya adalah deteksi kontaminan kimia yang dapat membahayakan kesehatan manusia dan keamanan pangan. Nano-biosensor dapat mengenali keberadaan logam berat seperti merkuri (Hg) dan arsenik (As), residu pestisida, serta mikotoksin seperti okratoksin dalam produk pertanian.
Baca Juga Artikel
Potensi Nano-Biosensor untuk Agrikultur Berkelanjutan
Proses deteksi ini dilakukan dengan cepat dan dapat menggunakan alat portabel, sehingga sangat cocok diterapkan di area pertanian terpencil atau pasar tradisional. Kecepatan dan akurasi deteksi membantu meningkatkan sistem kontrol mutu pangan lokal serta mendorong produk pertanian nasional untuk bersaing di pasar ekspor.
Peran nano-biosensor dalam pengelolaan hama
Dalam pengelolaan hama, teknologi nano-biosensor dapat dikombinasikan dengan perangkap optik dan suara ultrasonik yang dilengkapi LED. Integrasi ini memungkinkan identifikasi spesies hama secara otomatis, mendukung manajemen populasi hama berbasis data, dan mengurangi penggunaan insektisida berlebih.
Selain itu, penggunaan nanomaterial sebagai bagian dari sistem pertanian pintar turut berkembang, seperti nano pupuk dan nanopestisida berbasis tembaga (Cu), seng (Zn), atau silika (Si). Produk ini dirancang agar melepaskan nutrien atau zat aktif secara perlahan dan tepat sasaran, meningkatkan efisiensi sekaligus mengurangi dampak lingkungan.
Salah satu penerapan teknologi ini secara konkret adalah pengembangan sensor berbasis elektroda cetak (screen-printed electrode) untuk mendeteksi antibiotik dan bahan tambahan pangan, yang telah diujicobakan di Balai Besar POM Denpasar. Selain itu, program pengabdian masyarakat yang mereka lakukan mencakup produksi nano kitosan dari limbah cangkang Black Soldier Fly, yang diformulasikan sebagai pupuk cair.
Teknologi ini juga diintegrasikan dengan panel surya dan sistem monitoring berbasis aplikasi ponsel pintar untuk memantau kondisi tanah dan pH secara real-time di desa binaan mereka. Kolaborasi semacam ini menandai pentingnya sinergi antara universitas, masyarakat, dan sektor industri untuk memperluas akses teknologi pertanian.
Kendala penerapan teknologi nano-biosensor
Namun, tidak dapat dipungkiri bahwa teknologi ini juga menghadapi berbagai tantangan serius. Salah satunya adalah biaya produksi yang relatif tinggi. Produk berbasis nanoteknologi saat ini masih tergolong mahal karena proses produksi yang rumit dan memerlukan infrastruktur canggih.
Akan tetapi, seiring dengan meningkatnya permintaan dan skala produksi, diharapkan harga teknologi ini menjadi lebih terjangkau. Perkembangan teknologi fabrikasi dan metode green synthesis juga membantu menekan biaya dan meningkatkan efisiensi produksi.
Kendala lainnya adalah rendahnya literasi teknologi di kalangan petani, terutama di daerah pedesaan. Penggunaan perangkat digital dan interpretasi data sensor masih menjadi tantangan tersendiri. Oleh karena itu, pelatihan intensif dan pendampingan dari penyuluh pertanian atau tenaga ahli diperlukan agar teknologi ini benar-benar dapat dimanfaatkan secara maksimal.
Dalam jangka panjang, pendidikan teknologi pertanian harus dimasukkan dalam kurikulum vokasional dan pelatihan petani muda agar regenerasi sektor pertanian berjalan optimal. Aspek regulasi dan keamanan lingkungan juga penting untuk diperhatikan.
Meskipun banyak nanomaterial terbukti efektif, akumulasi nanopartikel dalam lingkungan dapat memunculkan dampak ekologis yang belum sepenuhnya dipahami. Oleh karena itu, perlu ada pengawasan yang ketat terhadap jenis bahan yang digunakan, serta kajian lingkungan hidup secara menyeluruh.
Penggunaan bahan berbasis tumbuhan atau limbah organik sebagai dasar sintesis nanopartikel (green nanotechnology) adalah langkah bijak dalam menjaga ekosistem pertanian.
Penerapan teknologi nano-biosensor di dunia
Secara global, penerapan nano-biosensor sudah mulai menunjukkan hasil nyata. Di Eropa dan Amerika Serikat, teknologi ini digunakan dalam sistem pertanian organik dan hidroponik untuk memastikan kualitas air dan kontrol mikroba.
Di India dan Tiongkok, nano-biosensor diterapkan untuk mendeteksi penyakit tanaman seperti hawar daun padi dan karat gandum. Keberhasilan di negara-negara tersebut menjadi rujukan penting bagi Indonesia dalam mempercepat adopsi teknologi serupa, disesuaikan dengan kondisi agroekologi dan budaya lokal.
Teknologi ini juga berkontribusi langsung pada pencapaian beberapa Tujuan Pembangunan Berkelanjutan (SDGs). Dalam konteks SDG 2 tentang ketahanan pangan, nano-biosensor membantu meningkatkan hasil dan keamanan produksi pangan.
Pada SDG 12 mengenai konsumsi dan produksi berkelanjutan, teknologi ini mendukung pengurangan penggunaan bahan kimia berlebihan. Bahkan pada SDG 6 dan SDG 15, efisiensi penggunaan air dan pengurangan pencemaran tanah mendapat manfaat dari sistem deteksi dan manajemen pertanian berbasis sensor ini.
Di sisi lain, penerapan teknologi ini juga sejalan dengan agenda Revolusi Industri 4.0, karena mendorong integrasi Internet of Things (IoT), kecerdasan buatan, dan big data dalam dunia pertanian. Ke depan, kolaborasi antara akademisi, industri, pemerintah, dan petani sangat diperlukan untuk memperluas penerapan nano-biosensor.
Pengembangan proyek percontohan di berbagai wilayah pertanian dapat membantu menyesuaikan teknologi dengan kebutuhan lokal. Upaya standarisasi dan sertifikasi produk sensor juga perlu dipercepat untuk menjamin keamanan dan kepercayaan masyarakat terhadap penggunaan nanoteknologi dalam produksi pangan.
Pemerintah juga diharapkan memberikan insentif dan pembiayaan riset bagi pengembangan teknologi pertanian berbasis nano yang aplikatif. Ikuti Training Pest Management AhliHama dan tingkatkan kompetensi Anda dalam menerapkan strategi pengendalian hama yang efektif, terukur, dan berkelanjutan.
Author : Saila Rachma
Editor: Keny
REFERENSI
Siregar, A. R., & Taufiq, M. (2023). Pemanfaatan Nanoteknologi dalam Pertanian Presisi. Jurnal Teknologi Pertanian, 18(2), 145–160.
Rinaldi, M. A., & Putri, F. N. (2022). Nanopartikel dan Prospeknya dalam Formulasi Pupuk Cerdas. Jurnal Sains Material, 9(1), 23–30.
FTMM Universitas Airlangga. (2024). Potensi Nano-Biosensor untuk Agrikultur Berkelanjutan. Diakses dari https://ftmm.unair.ac.id/potensi-nano-biosensor-untuk-agrikultur-berkelanjutan/
Singh, R., & Gautam, N. (2020). Applications of Nanobiosensors in Agriculture: A Review. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 68(19), 5522–5535. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.0c00285
Khot, L. R., Sankaran, S., Maja, J. M., Ehsani, R., & Schuster, E. W. (2012). Applications of Nanomaterials in Agricultural Production and Crop Protection: A Review. Crop Protection, 35, 64–70. https://doi.org/10.1016/j.cropro.2012.01.007
Zhao, L., Ortiz, C., Adeleye, A. S., Hu, Q., & Zhou, Q. (2017). Environmental Transformations and Biological Impacts of Nanomaterials in Agricultural Settings. Environmental Science & Technology, 51(23), 13581–13597. https://doi.org/10.1021/acs.est.7b02796
Mahlein, A. K. (2016). Plant Disease Detection by Imaging Sensors – Parallels and Specific Demands for Precision Agriculture and Plant Phenotyping. Plant Disease, 100(2), 241–251. https://doi.org/10.1094/PDIS-03-15-0340-FE
Tripathi, D. K., Singh, S., Singh, S., Srivastava, P. K., Singh, V. P., Prasad, S. M., & Dubey, N. K. (2017). Nanomaterials in Plants, Algae, and Microorganisms: Concepts and Controversies. Springer.
Food and Agriculture Organization (FAO). (2021). Digital Agriculture Report: Rural Transformation through Information and Communication Technologies. Rome: FAO. https://www.fao.org/documents/card/en/c/cb2869en
Vinuesa, R., Azizpour, H., Leite, I., Balaam, M., Dignum, V., Domisch, S., et al. (2020). The Role of Artificial Intelligence in Achieving the Sustainable Development Goals. Nature Communications, 11(1), 233. https://doi.org/10.1038/s41467-019-14108-y.