Dina Kartika Maharani1, Indriana Kartini2, Nurul Hidayat Aprilita2.
1) Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya
2) Jurusan Kimia Universitas Gadjah Mada Yogyakarta
Abstrak
Pembuatan tekstil antibakteri dengan bahan antibakteri kitosan telah dilakukan.
Kitosan dikompositkan dengan epoksi silika untuk meningkatkan kuat ikat kitosan pada kain.
Uji aktivitas antibakteri kain kitosan maupun kain komposit kitosan-silika terhadap bakteri Stapphylococcus aureus. Pembuatan tekstil antibakteri dilakukan dengan cara melapisi kain katun dengan kitosan maupun komposit kitosan-silika. menggunakan metode pencelupan atau dip-coating dengan teknik pad-dry-cure. Kain yang telah dilapisi kitosan maupun komposit kitosan dikarakterisasi menggunakan analisis Difraksi Sinar-X. Uji aktivitas antibakteri kain kitosan maupun kain kitosan-silika terhadap bakteri Stapphylococcus aureus dilakukan dengan metode shake flask turbidimetry. Hasil analisis Difraksi Sinar-X pada kain terlapis komposit kitosan-epoksi silika menunjukkan tidak adanya perubahan struktur kain katun setelah proses pelapisan. Aktivitas antibakteri kain kitosan-epoksi pada jam ke 3 untuk konsentrasi epoksi silika 0,01 M ; 0,05 M ; 0,1 M ; 0,25 M relatif tidak berbeda yaitu sekitar 55 %. Konsentrasi epoksi silika 0,5 M dan 3 M memberikan hasil penurunan aktivitas antibakteri kain komposit kitosan-epoksi silika.
Kata kunci : tekstil antibakteri, lapis tipis, kitosan, komposit kitosan-epoksi silika
1. Pendahuluan
Kitosan merupakan biopolimer alami dengan kelimpahan terbesar kedua di alam setelah selulosa. Kitosan terdapat dalam rangka luar crustacean dan arthropoda, dan merupakan kopolimer nontoksik yang terdiri dari unit kopolimer β-(1,4)-2-acetamido-2-deoksi-D-glukosa dan β-(1,4)-2-amino-2-deoksi-D-glukosa (Liu, 2006). Kitosan diperoleh dari proses N-deasetilasi kitin. Adanya gugus amina bebas yang dimiliki oleh kitosan tersebut menyebabkan kitosan dapat dimodifikasi untuk memperoleh turunan kitosan (Bhumkar, 2006). Kitosan memiliki struktur yang sama dengan selulosa, namun gugus hidroksil pada atom karbon kedua digantikan oleh gugus amina. Kitosan larut dalam berbagai pelarut seperti asam klorida, asam format dan asam asetat, sedangkan kitin tidak larut dalam air maupun pelarut-pelarut asam.
Biodegradable, biocompatible, dan bioadhesive merupakan sifat-sifat utama dari polimer kitosan, sehingga kitosan sangat luas aplikasinya diantaranya sebagai bahan antibakteri pada tekstil. Dalam pH asam, gugus amina bebas (-NH2) terprotonasi menjadi gugus amina kationik (-NH3). Kitosan merupakan larutan polielektrolit linier pada pH asam.
Kitosan memiliki densitas muatan yang tinggi, satu muatan per unit glukosamin, sehingga muatan positif kitosan dari gugus (-NH3
+) dapat berinteraksi dengan berbagai material bermuatan negatif (Sanford, 1988). Permukaan luar dari sel bakteri diketahui memiliki muatan negatif sehingga kemampuan pengikatan kitosan pada sel bakteri merupakan sifat yang sangat penting dalam aplikasi kitosan sebagai bahan antibakteri.
Sifat antibakteri kitosan pada tekstil diketahui tidak memiliki ketahanan yang cukup tinggi karena tidak adanya ikatan kimia yang terjadi antara kitosan dengan selulosa (Chung et al., 1998). Oleh karena itu kitosan banyak dimodifikasi dengan berbagai macam bahan crosslinking seperti glutaraldehid, DMDHEU maupun silika. Modifikasi pada sol silika dapat
ISBN 978-979-95845-9-5 SEMINAR NASIONAL KIMIA
Surabaya, 28 Juli 2009
Diselenggarakan oleh Jurusan Kimia FMIPA-ITS
AF-44 dilakukan dalam rangka meningkatkan kekuatan sifat adhesif silika pada substrat tekstil. Sol silika yang dimodifikasi dengan penambahan epoksi silika seperti GPTMS diketahui dapat meningkatkan adhesi pelapisan nanosol pada substrat tekstil seperti katun. Peningkatan adhesi tersebut diakibatkan oleh adanya ikatan kimia yang dihasilkan dari pembukaan cincin epoxy sehingga gugus hidroksi yang terbentuk berikatan dengan permukaan katun (Mahltig et al., 2005).
Dalam penelitian ini dibuat tekstil antibakteri dengan menggunakan kitosan sebagai bahan antibakteri dengan cara melapiskan kitosan maupun komposit kitosan-silika pada kain katun dengan menggunakan metode dip-coating dengan teknik pad-dry-cure. Kitosan dikompositkan dengan epoksi silika dengan variasi konsentrasi untuk meningkatkan kuat ikat kitosan pada kain. Kain komposit kitosan-epoksi silika selanjutnya dikarakterisasi dengan Difraksi Sinar-X. Aktivitas antibakteri kain komposit kitosan-epoksi silika diuji terhadap bakteri Staphylococcus aureus dengan metode Shake flask turbidimetry.
2. Metode Penelitian
Preparasi kitosan dan komposit kitosan
Kitosan dipreparasi dari reaksi deasetilasi kitin yang diisolasi dari limbah cangkang kepiting dengan hasil harga derajat deasetilasi sebesar 70 %. Larutan kitosan dibuat dengan pelarut asam asetat 2 % dengan konsentrasi 0,1 %. Preparasi nano sol epoksi silika dilakukan dengan menggunakan metode sol-gel dengan prekursor glisidoksipropiltrimetoksisilan (GPTMS) dan pelarut etanol. Konsentrasi glisidoksipropiltrimetoksisilan (GPTMS) yang digunakan adalah 0,01 M, 0,05 M; 0,1 m; 0,25 M dan 0,5 M. Komposit kitosan-epoksi silika dibuat melalui proses pengadukan larutan kitosan dan nanosol dengan perbandingan % berat/berat kitosan : nanosol 60: 40.
Pelapisan kitosan dan komposit kitosan pada kain katun
Pelapisan kitosan dan komposit kitosan pada kain katun dilakukan menggunakan metode pencelupan atau dip-coating dengan teknik pad-dry-cure. Kain katun dicelupkan pada larutan kitosan maupun larutan komposit kitosan sebanyak 10 kali, selanjutnya dikeringkan pada temperatur 80 oC selama 5 menit dan dikeringkan kembali pada temperatur 140 oC selama 3 menit. Berat kain setelah pencelupan maupun pengeringan ditimbang.
Uji Aktivitas antibakteri kain kitosan dan kain komposit kitosan-silika
Uji aktivitas antibakteri dilakukan dengan metode shake flask turbidimetry. terhadap bakteri Stapylococcus aureus. Aktivitas antibakteri dihitung sebagai % hambatan terhadap pertumbuhan bakteri dengan menggunakan persamaan berikut :
Aktivitas antibakteri (%) = x100% Vkontrol
Vsampel Vkontrol−
dimana V adalah laju pertumbuhan bakteri yang dihitung dengan persamaan : ∑bakteri jam ke 0 –∑bakteri jam ke-n
V = ∑bakteri jam ke 0
3. Hasil Penelitian
Kitosan hasil deasilasi kitin yang diisolasi dari cangkang kepiting dalam penelitian ini memiliki harga derajat deasetilasi sebesar 70,2 % dan karakteristik seperti yang tercantum dalam tabel 1 berikut :
AF-45 Analisis Difraksi Sinar-X Kain Komposit Kitosan-epoksi silika
Hasil analisis difraksi sinar-X kain komposit kitosan-epoksi silika pada gambar 1 menunjukkan tidak adanya perubahan struktur kain setelah proses pelapisan. Hal ini menandakan bahwa proses pelapisan yang dilakukan tidak merusak struktur kain.
Konsentrasi epoksi silika yang tinggi pada komposit, mengakibatkan kristalinitas kain kitosan-epoksi silika cenderung mengalami penurunan. Penurunan ketidakteraturan pada kisi kristal selulosa ini disebabkan epoksi silika dengan jumlah yang semakin besar diperkirakan akan memperlebar jarak antar lapisan selulosa sehingga menurunkan kristalinitas selulosa. Perbedaan kristalinitas dari kain kitosan-epoksi silika ini diperkirakan akan memberikan perbedaan pada sifat fisik maupun kimia ketiga jenis kain tersebut.
Gambar 1. Difraktogram kain kitosan-epoksi silika 0,01 M; 0,05 M; 0,1 M; 0,25 M; 0,5 M.
Aktivitas antibakteri Kain Komposit Kitosan-Epoksi Silika
Hasil uji aktivitas antibakteri seperti yang disajikan pada gambar 2 diketahui bahwa aktivitas antibakteri komposit kitosan-epoksi silika pada kain katun relatif tidak signifikan perbedaannya pada rentang konsentrasi epoksi silika 0,01 M; sampai dengan 0,5 M. Hal ini menunjukkan bahwa penambahan epoksi silika pada rentang konsentrasi tersebut belum signifikan mempengaruhi kemampuan situs aktif kitosan (NH3
+) untuk menghambat bakteri.
Hasil uji aktivitas antibakteri kain kitosan-epoksi silika dengan konsentrasi epoksi silika yang sangat tinggi yaitu 3 M, menghasilkan penurunan aktivitas antibakteri yang cukup signifikan.
Hal ini mengindikasikan bahwa pada konsentrasi epoksi silika yang sangat tinggi, crosslink yang terjadi antara epoksi silika dengan kitosan meningkat, sehingga diperkirakan akan menutup situs aktif NH3
+ pada kitosan dan menurunkan kemampuan antibakterinya.
0 10 20 30 40 50 60
Kit-epk 0,01 M
Kit-epk 0,05 M
Kit-epk 0,1 M
Kit-epk 0,25 M
Kit-epk 0,5 M
Kit-epk 3 M
Aktivitas antibakteri (%)
3 jam 6 jam 9 jam 24 jam
Gambar 2. Aktivitas antibakteri kain kitosan-epoksi silika dengan variasi konsentrasi epoksi silika.
AF-46 4. Kesimpulan
Pembuatan tekstil antibakteri dengan metode pelapisan atau dip coating telah berhasil dilakukan. Hasil analisis difraksi sinar-X pada kain kitosan maupun kain komposit kitosan menunjukkan bahwa pelapisan kain dengan komposit kitosan tidak merubah struktur kain katun. Aktivitas antibakteri kain kitosan-epoksi silika pada jam ke 3 untuk konsentrasi epoksi silika 0,01 M ; 0,05 M ; 0,1 M ; 0,25 M dan 0,5 M relatif tidak berbeda yaitu sekitas 55%. Hasil uji aktivitas antibakteri kain kitosan- epoksi silika dengan konsentrasi epoksi silika yang lebih besar memberikan penurunan aktivitas antibakteri yang sangat tajam.
Penurunan ini diperkirakan disebabkan oleh tertutupnya situs aktif kitosan oleh adanya crosslinking epoksi silika.
Daftar Pustaka
Bhumkar, D.R and Phokarkar, V.B. 2006. Studies on Effect of pH on Crosslinking of Chitosan With Sodium Tripolyphosphate : A Technical Note. AAPS Pharmacy Science Technology. 7.
Liu, N et al. 2006. Effect of MW and concentration of chitosan on antibacterial activity of Escherichia coli. Carbohydrate Polymers. 64. 60-65.
Mahltig, B., Haufe, H. and Bottcher, H., 2005, Functionalisation of textile by Inorganic sol-gel coatings, J. Mater. Chem., 15, 4385-4398.
Olsen, R., Swartzmiller, D., Weppner, W., and Winandy, R., 1989, Biomedical Applications of Chitin and Its Derivates In Skjak-Braek, G., Anthosen, T., Sandford, P. (Eds). Chitin and Chitosan : Sources, Chemistry, Biochemistry, Physical Properties and Applications, Elsevier, London, 813-828.
Sandford, P.A., 1990. High Purity Chitosan and Alginate : Preparation, Analysis and Applications, Proceeding of a conference on Frontiers in Carbohydrate Research. Purdue University, Indiana USA.
Yang, C.Q et al. 2000. Evaluating Glutaraldehyde Durable Press Finishing Agent for Cotton Fabrics.
Textiles Research Journal. 70. 230-236.
Yano, S., Maeda, H., Nakajima, M., Hagiwara, T. and Sawaguchi, T., 2008, Preparation and mechanical properties of bacterial cellulose nanocomposites loaded with silica nanoparticles, Cellulose, 15, 111-120.
Xing, Y., Yang, X., and Dai, J., 2007, Antimicrobial finishing of cotton textile based on water glass by sol–gel method, J. Sol-Gel Sci. Technol., 43, 187-192.
AF-47