BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.2 Penurunan Transmitansi (%)
Pengukuran penurunan transmitansi (%) dilakukan sebagai pengujian awal untuk memastikan sistem telah membentuk suspensi nanopartikel. Selain itu, pengujian ini bertujuan untuk menilai perbedaan tingkat kekeruhan tiap formula. Pengujian ini memanfaatkan aktivitas pemendaran cahaya oleh partikel akibat efek Tyndall-Faraday. Transmitan larutan sebelum dan setelah proses sambung silang ditentukan, serta selisih antara keduanya didefinisikan sebagai penurunan transmitan. Adanya penurunan transmitan menjadi indikator perubahan fase sistem dari dispersi molekuler menjadi dispersi partikulat (koloid).
Penurunan transmitansi ditunjukan baik pada formula 1, 2 dan 3. Hal ini menjadi bukti awal bahwa formula 1, 2 dan 3 telah membentuk sistem nanopartikel. Tingkat penurunan transmitansi (%) beragam pada tiap formula nanopartikel, di mana pada formula 1, 2 dan 3 masing-masing 8,60%; 6,53%; dan 9,37%. Besar penurunan transmitan (%) setara dengan tingkat kekeruhan. Menurut Martin, Swarbrick dan Cammarata (1983), pada suatu konsentrasi fase terdispersi tertentu, kekeruhan sebanding dengan berat molekul dan ukuran partikel koloid liofilik. Sementara itu, pada berat molekul dan ukuran partikel koloid tertentu, kekeruhan juga sebanding dengan konsentrasi fase terdispersi. Berdasarkan penjelasan tersebut, nilai penurunan transmitansi formula 1, 2 dan 3 berhubungan dengan jumlah dan ukuran partikel yang dihasilkan setelah preparasi.
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta Gambar 4.2 Penurunan transmitan (%) suspensi nanopartikel
Besar penurunan transmitansi (%) formula 3 > formula 1 > formula 2. Formula 3 memiliki penurunan transmitansi paling besar yang dapat memprediksi kemungkinan ukuran atau jumlah partikel yang dihasilkan lebih besar dibandingkan formula 1 dan 2, serta seterusnya pada formula 1.
3.3 Ukuran Partikel dan Indeks Polidispersitas
Penentuan ukuran partikel dan distribusi ukuran partikel merupakan faktor penting dalam preparasi nanopartikel. Ukuran partikel berpengaruh terhadap pelepasan obat dan kestabilan nanopartikel. Semakin kecil ukuran partikel dapat memberikan pelepasan obat yang lebih baik. Sementara itu, ukuran partikel yang semakin kecil biasanya menunjukkan kestabilan yang semakin rendah. Penentuan ukuran partikel dilakukan secara tidak langsung menggunakan prinsip hamburan cahaya dinamis dengan alat particle size analyzer (PSA).
Menurut Jonassen (2014), suatu partikel dapat disebut nanopartikel jika memiliki kisaran ukuran 10-1000 nm. Dari penentuan ukuran partikel dengan PSA diketahui bahwa semua formula telah memasuki rentang ukuran nanopartikel. Ukuran partikel yang berbeda ditunjukkan pada tiap formula di mana formula 1 memiliki rentang ukuran partikel terkecil sedangkan formula 3 yang terbesar. Hasil tersebut disebabkan adanya beberapa parameter preparasi yang berbeda di tiap formula yang dapat menunjukkan pengaruhnya terhadap ukuran partikel.
9,37 6,53
8,60
4 5 6 7 8 9 10
Penurunan Transmitan (%) Formula 1 Formula 2 Formula 3
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta Tabel 4.1 Ukuran partikel dan indeks polidispersitas.
Konsentrasi polimer, penyambung silang, obat dan pH medium pendispersi (Patil, Chavanke, & Wagh, 2012), merupakan parameter umum yang dapat mempengaruh preparasi nanopartikel dengan metode gelasi ionik. Selain itu, kekuatan ion pelarut juga dapat mempengaruhi ukuran nanopartikel yang dihasilkan (Jonassen, Kjøniksen & Hiorth, 2013). Pada tahap pengujian ini, dipelajari pengaruh penambahan obat dan kekuatan ion pelarut terhadap ukuran nanopartikel. Formula 2 memiliki ukuran nanopartikel yang lebih besar dibandingan dengan formula 1. Parameter yang berbeda antara formula 1 dan 2 adalah keberadaan obat, di mana formula 2 mengandung diltiazem hidroklorida sedangkan formula 1 tidak. Pada formula 2, keberadaan molekul dilitazem hidroklorida dalam kumparan rantai polimer pektin mungkin dapat meningkatkan ruang geometri kumparan rantai polimer sehingga dihasilkan ukuran partikel yang lebih besar dibanding formula 1.
Gambar 4.3 Grafik ubungan pH terhadap formula.
Penambahan diltiazem hidroklorida juga dapat menurunkan pH formula akhir. Oleh karena pH diturunkan, ionisasi dari gugus karboksilat pada pektin ditekan, dan hal ini menyebabkan pengurangan hidrasi gugus asam karboksilat.
Formula Ukuran Partikel (nm) PDI
1 433,82 0,2580 2 502,41 0,0030 3 765,47 0,0070 4.919 4.434 4.676 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 pH
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta Sebagai hasil dari pengurangan ionisasi, antarmolekul polisakarida tidak lagi saling tolak disepanjang rantai polimernya (Sriamornsak, 2003). Penurunan tolakan ini meningkatkan potensi sambung silang intermolekul yang dapat menyebabkan peningkatan ukuran partikel. Meskipun perbedaan pH antara formula 1 dan 2 tidak signifikan, hal ini menunjukkan perubahan sedikit pH masih dapat merubah karakteristik fisik nanopartikel yang dihasilkan.
Gambar 4.4 Konformasi rantai polimer pektin, (a) dalam akuades sebelum sambung silang, (b) dalam NaCl 0,05 M sebelum sambung silang, (c) dalam akuades setelah sambung silang dan (d) dalam NaCl 0,05 M setelah sambung silang.
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta Formula 3 memiliki ukuran partikel yang lebih besar dibanding formula 2. Medium preparasi sistem nanopartikel formula 3 berupa akuades sedangkan formula 2 berupa NaCl 0,05 M. Polimer pektin yang berada dalam medium air akan terionisasi, sehingga memiliki konformasi terentang karena tolakan elektrostatik. Sementara itu, keberadaan garam NaCl 0,05 M pada formula 2 akan menyaring beberapa tolakan elektrostatik di antara rantai polimer yang mendorong pengurangan muatan. Kondisi ini menyebabkan berkurangnya konformasi rantai polimer yang terentang dan lebih banyak kumparan polimer kompak dalam larutan, serta mencegah pembentukan jaringan polimer (Jonassen, Treves, Kjøniksen, Smistad, & Hiorth, 2013). Perbedaan konformasi rantai polimer ini menyebabkan perbedaan ukuran partikel yang dihasilkan formula 2 dan 3.
Pengukuran distribusi ukuran partikel menunjukkan indeks polidispersitas formula 1 sebesar 0,258, formula 2 sebesar 0,003, dan formula 3 sebesar 0,007. Formula 2 dan 3 menghasilkan indeks polidispersitas di bawah 0,25 yang menunjukkan hasil preparasi memberikan distribusi ukuran yang sempit. Formula 1 yang memiliki indeks polidispersitas sedikit diatas 0,25 juga masih dianggap memiliki distribusi ukuran yang sempir. Hal ini berarti semua hasil preparasi memiliki homogenitas ukuran partikel yang baik.
Informasi mengenai ukuran partikel dapat melengkapi penjelasan besarnya penurunan transmitan yang berbeda pada setiap formula. Formula 1 memiliki ukuran partikel yang lebih kecil namun menghasilkan penurunan transmitansi (%) lebih besar dibandingkan formula 2. Hal ini disebabkan jumlah nanopartikel yang dihasilkan pada formula 2 lebih sedikit dibandingkan formula 1. Sementara itu, formula 3 yang memiliki ukuran partikel paling besar mendukung data yang menyatakan bahwa penurunan transmitansi (%) pada formula tersebut juga paling besar.
4.4 Potensial Zeta
Potensial zeta adalah istilah ilmiah untuk potensial elektrokinetik dalam sistem koloid yang memiliki pengaruh besar pada berbagai sifat dari sistem penghantaran obat nano (Honary & Zahir, 2013). Potensial zeta mempunyai aplikasi praktis dalam stabilitas sistem yang mengandung partikel-partikel
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta terdispersi, karena potensial ini mengatur derajat tolak-menolak antara partikel-partikel terdispersi yang bermuatan sama dan saling berdekatan (Sinko, 2006).
Potensial zeta sistem nanopartikel diukur menggunakan alat zeta analyzer. Dari hasil pengukuran, potensial zeta formula 1, 2 dan 3 masing-masing sebesar +80,13 mV,-16,72 mV, dan +76,51 mV. Nanopartikel dengan nilai potensial zeta lebih dari ±30 mV telah terbukti stabil dalam suspensi sebagai muatan permukaan yang mencegah agregasi (Mohanraj & Chen, 2006). Dalam hal ini berarti formula 1 dan 3 memiliki sistem nanopartikel yang stabil sedangkan formula 2 tidak.
Gambar 4.5 Hubungan potensial zeta terhadap formula
Formula 1 dan 3 memiliki potensial zeta bernilai positif. Nilai positif atau negatif potensial zeta dipengaruhi oleh muatan permukaan partikel dari pektin yang mengandung gugus fungsional yang dapat terionisasi (Doymus, 2007). Dalam penelitian ini, pektin yang digunakan memiliki gugus fungsional COOH yang ketika terioniasi bermuatan negatif, serta gugus NH2 yang ketika terionisasi bermuatan positif. Semua sistem nanopartikel yang dibuat memiliki pH rendah berkisar 4 yang menyebabkan ionisasi gugus karboksil pektin ditekan (Sriamornsak, 2003) sedangkan gugus amida ditingkatkan sesuai kaidah pH-partisi. Selain itu, gugus bermuatan negatif juga mengalami netralisasi oleh ion Zn2+ melalui proses sambung silang. Oleh karena jumlah muatan negatif lebih sedikit, resultan muatan permukaan partikel menjadi positif sehingga menyebabkan potensial zeta nanopartikel bernilai positif.
80.13 -16.72 76.51 -40 -20 0 20 40 60 80 100 P otensia l Z eta (mV )
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta Gambar 4.6 Gugus fungsional pektin.
(Sumber: Kral dkk., 2011)
Berbeda dengan formula 1 dan 3, nanopartikel formula 2 memiliki potensial zeta bernilai negatif. Hal ini mungkin disebabkan karena pengaruh kekuatan ion pelarut pada potensial zeta sistem nanopartikel. Kekuatan ion pelarut formula 2 meningkat dengan penambahan NaCl dan diltiazem hidroklorida. Hal ini berpengaruh pada potensial zeta sebagai akibat dari berubahnya komposisi dan jumlah kation dan anion dalam sistem nanopartikel. NaCl akan menyumbangkan ion Na+ dan Cl-, sedangkan diltiazem akan menyumbangkan ion Cl-.
Pengaruh ion terhadap potensial zeta berhubungan dengan Hukum Schultze-Hardy yang menyatakan muatan-muatan yang berlawanan dapat menghasilkan netralisasi muatan permukaan koloid sehingga mengakibatkan potensial zeta menuju nol (Sukardjo, 1997). Pengaruh ion terhadap potensial zeta suatu partikel hidrofilik tergambar dalam suatu deret Hofmeister, di mana untuk anion CO32- > SO42- > HPO42- > OH- > F- > HCOO- > CH3COO- > Cl- > Br- > NO3- > ClO3- > I- > ClO4-> SCN-, dan untuk kation Ca2+ > Mg2+ > Li+ > Na+ >K+ > Rb+ > Cs+> NH4+ (Salgin, Salgin & Bahadir, 2012). Berdasarkan deret Hofmeister, ion Na+ dan Cl -diprediksi memiliki pengaruh yang moderat terhadap perubahan potensial zeta, sedangkan ion Zn2+ tidak dapat diprediksi dengan deret Hofmeister.
Secara umum, nilai potensial zeta setiap formula merupakan resultan dari aktivitas kation dan anion yang terdapat dalam sistem nanopartikel. Pada formula 2 yang memiliki nilai negatif, terjadi adsorbsi ion-ion negatif pada permukaan partikel yang semula bermuatan positif, menghasilkan perubahan nilai potensial zeta mendekati nol. Oleh karena adsorpsi ini tidak spesifik memungkinkan muatan
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta yang berlebih dapat diserap dibandingkan dengan kebutuhan untuk menetralkan muatan permukaan. Hal ini dapat menyebabkan perubahan potensial zeta nanopartikel dari positif ke negatif. Penurunan nilai potensial zeta oleh anion berkorelasi dengan data yang menunjukkan bahwa estimasi ion Cl- pada formula 2 lebih banyak dibandingkan formula 1 dan 3.
Tabel 4.2 Estimasi jumlah ion dalam 50 mL suspensi nanopartikel
Aktivitas penurunan potensial zeta oleh anion diperkuat dengan menurunnya pH sistem nanopartikel. Semakin asam pH medium, maka jumlah gugus basa (NH2)
yang terionisasi akan semakin banyak (Sinko, 2006). Peningkatan gugus basa yang terionisasi meningkatkan muatan positif permukaan partikel, sehingga meningkatkan kecendurungan ion dengan muatan berlawanan untuk diserap. Aktivitas penurunan potensial zeta oleh anion pada formula 2 paling besar karena pH sistem pelarutnya paling kecil dibanding formula lain.