Titik Karbon Hijau: Revolusi Nanoteknologi Lestari Berpotensi dalam Rawatan Terapi Kanser

Penulis: Profesor Madya Dr. Sasidharan Sreenivasan
Institut Penyelidikan Perubatan Molekul (INFORMM), Universiti Sains Malaysia

Sejarah, Sifat Unik dan Potensi Titik Karbon dalam Fototerapi Kanser

Dalam era sains moden, bahan nano berfluoresen telah muncul sebagai komponen penting dalam pelbagai bidang, daripada peranti fotoelektrik sehinggalah kepada aplikasi bioperubatan yang canggih. Bahan nano berasaskan karbon semakin mendapat perhatian kerana sifatnya yang mesra alam, stabil, dan selamat untuk sistem biologi. Keluarga bahan nano karbon ini merangkumi pelbagai jenis seperti carbon nanodot (CNDs), graphene quantum dots (GQDs), carbon nanoparticle (CNPs), Carbon nitride quantum dots (CNQDs), fullerene, carbon quantum dots (CQDs), serta carbonisation polymer dots (CPDs). Setiap satunya mempunyai struktur dan sifat optik yang tersendiri.

Namun begitu, titik karbon atau carbon dots (CDs) menonjol sebagai salah satu bahan baharu dalam dunia nanoteknologi. Berbanding quantum dots semikonduktor konvensional yang sering mengandungi logam berat toksik seperti kadmium atau plumbum, CDs menawarkan alternatif yang lebih hijau, bioserasi dan lestari, tanpa menjejaskan prestasi optiknya. Keunikan inilah yang menjadikan CDs, khususnya yang dihasilkan daripada bahan biojisim semula jadi, sangat menarik untuk penyelidikan dan aplikasi masa hadapan, termasuk dalam terapi kanser.

Penemuan Tidak Sengaja Titik Karbon

Penemuan titik karbon bermula secara tidak langsung pada tahun 2004 apabila saintis menemui nanopartikel berfluoresen semasa proses pemurnian tiub nano karbon berdinding tunggal (single-walled carbon nanotubes). Penemuan ini menandakan kemunculan awal CDs dan membuka lembaran baharu dalam penyelidikan bahan nano karbon. Pada tahun 2006, istilah “carbon quantum dots” diperkenalkan secara rasmi oleh saintis sekali gus meletakkan bahan ini dalam peta sains nanoteknologi global.

Perkembangan CDs boleh dibahagikan kepada tiga fasa utama. Fasa pertama (2004–2006) merupakan peringkat penemuan, di mana fokus penyelidikan adalah mengenal pasti sifat asas dan potensi fluoresen CDs. Fasa kedua (2007–2011) menyaksikan perkembangan awal, dengan penyelidik mula meneroka pelbagai kaedah sintesis menggunakan sumber karbon yang berbeza, serta mengkaji hubungan antara struktur dan sifat optik. Dalam tempoh ini, aplikasi awal CDs dalam pengimejan bio dan penderia mula diketengahkan.

Fasa ketiga, bermula sekitar tahun 2011 hingga kini, dikenali sebagai fasa pembangunan pesat. Penyelidikan tertumpu kepada aplikasi praktikal dan strategi sintesis berskala besar yang menjimatkan kos serta mesra alam. Di sinilah konsep “titik karbon hijau” mendapat tempat, apabila sumber semula jadi seperti sisa pertanian, buah-buahan, sayur-sayuran, kulit kayu, dan biojisim lain digunakan sebagai bahan mentah untuk menghasilkan CDs berkualiti tinggi.

Titik Karbon Hijau: Nanoteknologi Lestari daripada Biojisim Semulajadi

Titik karbon hijau merujuk kepada CDs yang disintesis menggunakan bahan mentah semula jadi dan kaedah yang mesra alam, seperti pirolisis hidroterma atau pemanasan gelombang mikro tanpa penggunaan bahan kimia berbahaya. Pendekatan ini bukan sahaja mengurangkan kos pengeluaran, malah menyokong prinsip kimia hijau dan ekonomi kitaran dengan memanfaatkan sisa biojisim.

Dari sudut struktur, CDs bersaiz sangat kecil, biasanya antara 1 hingga 10 nanometer. Saiz nano ini memberikan luas permukaan spesifik yang tinggi serta keupayaan interaksi yang efektif dengan sistem biologi. Selain itu, rangka karbon sp²/sp³ pada CDs dipenuhi dengan kumpulan berfungsi seperti hidroksil, karboksil dan amino, yang meningkatkan keterlarutan dalam air serta memudahkan pengubahsuaian permukaan untuk tujuan perubatan.

Sifat paling menonjol bagi CDs ialah pendarfluorannya yang boleh diubahsuai. Dengan mengubah sumber biojism, keadaan sintesis atau pengubahsuaian permukaan, warna pancaran cahaya CDs boleh dilaraskan daripada biru hingga ke kawasan inframerah-dekat (NIR). Ciri ini amat penting untuk aplikasi bioperubatan, terutamanya dalam pengimejan sel dan terapi berasaskan cahaya.

Sifat Optik dan Biologi yang Menjadikan CDs Istimewa

Keistimewaan CDs terletak pada gabungan sifat optik dan biologi yang jarang ditemui dalam sesuatu bahan. CDs menunjukkan pendarfluoran yang kuat, kestabilan fotokimia yang tinggi, serta ketoksikan yang rendah. Berbanding bahan nano lain, CDs lebih selamat untuk digunakan dalam sistem biologi kerana ia tidak mudah terkumpul secara toksik dalam organ. Tambahan pula, CDs mempunyai keupayaan pemindahan elektron yang baik dan serapan cahaya yang luas, merangkumi julat ultraungu (UV) hingga inframerah-dekat (NIR). Sifat ini menjadikan CDs calon ideal untuk aplikasi terapi fotodinamik (PDT) dan terapi fototerma (PTT), dua pendekatan moden dalam rawatan kanser yang memanfaatkan tenaga cahaya.

Terapi Fototerma (PTT): Panas Terkawal untuk Membunuh Sel Kanser

Konsep penggunaan haba untuk merawat penyakit bukanlah sesuatu yang baharu. Sejak tamadun awal, cahaya dan haba telah digunakan untuk tujuan terapeutik. Dalam konteks moden, hipertermia iaitu peningkatan suhu tisu kepada sekitar 40 hingga 45°C telah dikenal pasti sebagai kaedah berkesan untuk merosakkan sel kanser. Namun, kaedah hipertermia konvensional sering menjejaskan tisu normal di sekeliling.

Di sinilah terapi fototerma berasaskan CDs menawarkan kelebihan. Dalam PTT, CDs bertindak sebagai agen fototerma yang menyerap cahaya (biasanya dalam julat NIR) dan menukarkannya kepada haba setempat. Haba ini mencukupi untuk merosakkan membran sel dan protein sel kanser tanpa memberi kesan besar kepada tisu lain yang sihat. Dengan saiznya yang kecil dan kebolehan penyasaran yang baik, CDs membolehkan rawatan yang lebih tepat dan selamat.

Terapi Fotodinamik (PDT): Cahaya, Oksigen dan Spesies Reaktif

Selain PTT, CDs juga memainkan peranan penting dalam terapi fotodinamik. Dalam PDT, CDs berfungsi sebagai fotosensitizer yang diaktifkan oleh cahaya. Apabila terdedah kepada cahaya UV-NIR, elektron dalam CDs teruja daripada keadaan asas kepada keadaan tenaga yang lebih tinggi. Proses ini menghasilkan pasangan elektron-lohong dan seterusnya membawa kepada pembentukan keadaan triplet yang stabil.

Tenaga daripada keadaan teruja ini dipindahkan kepada molekul oksigen di sekeliling, menghasilkan spesies oksigen reaktif seperti oksigen singlet (¹O₂). Spesies ini sangat reaktif dan mampu merosakkan struktur dalaman sel kanser, termasuk membran, protein dan DNA. Menariknya, CDs boleh menyokong kedua-dua laluan PDT jenis I dan jenis II, menjadikannya agen fotodinamik yang serba boleh dan berkesan.

Ke Arah Terapi Kanser Masa Hadapan yang Lebih Hijau dan Pintar

Gabungan sifat mesra alam, bioserasi serta keupayaan optik yang unggul menjadikan titik karbon hijau sebagai platform theranostik yang berpotensi tinggi, yang mengintegrasikan fungsi diagnosis dan terapi dalam satu sistem. Selain membunuh sel kanser secara langsung, penyelidikan terkini juga mencadangkan bahawa CDs boleh direka untuk merangsang tindak balas imun, membuka laluan kepada terapi kanser yang lebih menyeluruh.

Titik karbon hijau yang dihasilkan daripada biojisim semula jadi bukan sekadar bahan nano baharu, tetapi simbol peralihan ke arah sains yang lebih lestari dan beretika. Dengan kemajuan berterusan dalam sintesis dan kefahaman mekanisme tindakannya, CDs berpotensi mengubah landskap rawatan kanser pada masa hadapan yang lebih selamat, lebih berkesan, dan lebih mesra alam.

Rujukan:

Jing, H.H., Shati, A.A., Alfaifi, M.Y., Elbehairi, S.E.I., Sasidharan, S. The future of plant based green carbon dots as cancer Nanomedicine: From current progress to future Perspectives and beyond. Journal of Advanced Research, 2025, 67, pp. 133–159.

Alibrahem, W.; Helu, N.K.; Oláh, C.; Prokisch, J. Potential of Carbon Nanodots (CNDs) in Cancer Treatment. Nanomaterials 2025, 15, 560. https://doi.org/10.3390/nano15070560

Catatan:

Penyelidikan Prof. Madya Dr. Sasidharan Sreenivasan tertumpu kepada pemanfaatan sumber semula jadi dan teknologi hijau untuk tujuan terapeutik. Kajian perintis beliau dalam bidang tumbuhan perubatan telah memberi sumbangan besar kepada pembangunan perubatan berasaskan bukti. Atas kecemerlangan penyelidikan tersebut, beliau telah dianugerahkan sebagai Top Research Scientist Malaysia (TRSM) pada tahun 2022 oleh Akademi Sains Malaysia.