2.4 Selulosa Bakteri
2.5.3 Pertumbuhan bakteri Acetobacter xylinum
Bakteri A. xylinum adalah bakteri gram negatif aerobik yang mengalami pertumbuhan sel. Pertumbuhan sel didefinisikan sebagai pertumbuhan secara teratur semua komponen di dalam sel hidup. Berikut adalah fase pertumbuhan sel bakteri Acetobacter xylinum:
1. Fase Adaptasi
Apabila bakteri dipindahkan ke media baru maka bakteri tidak langsung tumbuh melainkan beradaptasi terlebih dahulu. Pada fase ini terjadi aktivitas metabolisme dan pembesaran sel, meskipun belum mengalami pertumbuhan. Adapatasi dicapai pada 0 - 24 jam sejak inokulasi.
2. Fase Pertumbuhan Awal
Fase pertumbuhan awal dimulai dengan pembelahan sel dengan kecepatan rendah. Fase ini berlangsung beberapa jam saja.
Fase eksponensial dicapai antara 1 - 5 hari. Pada fase ini bakteri mengeluarkan enzim ekstraselulerpolimerase sebanyak-banyaknya untuk menyusun polimer glukosa menjadi selulosa (matriks nata).
4. Fase Pertumbuhan Lambat
Fase pertumbuhan lambat terjadi karena nutrisi bakteri telah berkurang, terdapat metabolik yang bersifat racun yang menghambat pertumbuhan bakteri dan umur sel sudah tua. Pada fase ini pertumbuhan tidak stabil, tetapi jumlah sel yang tumbuh masih lebih banyak dibandingkan jumlah sel yang mati.
5. Fase Pertumbuhan Tetap
Pada fase pertumbuhan tetap terjadi keseimbangan antara sel yang tumbuh dan yang mati. Matriks nata lebih banyak diproduksi pada fase ini. 6. Fase Menuju Kematian
Fase menuju kematian terjadi akibat nutrisi di dalam media sudah hampir habis. Setelah nutisi habis, maka bakteri akan mengalami fase kematian.
7. Fase Kematian Sel
Pada fase ini bakteri dengan cepat mengalami kematian. Bakteri hasil fase ini tidak baik untuk strain nata.
2.6 Hidrogel
Suatu polimer atau kopolimer ikatan silang (crosslinking) yang memiliki kemampuan untuk menyerap sejumlah cairan (swelling) sehingga mencapai kesetimbangan dikenal sebagai xerogel. Bilamana
digunakan air sebagai bahan ˝swelling˝ maka hasilnya disebut hidrogel (Huglin, 1986).
Hidrogel adalah bahan polimer hidrofilik yang mempunyai kemampuan untuk mengembang di air atau cairan biologi dan menunjukkan fraksi air yang berarti pada strukturnya, tetapi matriks tersebut tidak larut dalam air. Ketika mengembang di air, hidrogel tetap mempertahankan bentuk asalnya. Sifat hidrofilik dari hidrogel ini dipengaruhi oleh adanya gugus-gugus –OH, -COOH, -CONH2, dan – SO3H. Sedang sifat ketidaklarutannya dalam air dan kemampuannya mempertahankan bentuk dipengaruhi oleh struktur tiga dimensi dari hidrogel. Kemampuan dari hidrogel untuk mengembang di air adalah kesetimbangan antara kekuatan disperse pada rantai hidrat dengan kekuatan kohesi yang tidak mencegah penetrasi air ke dalam hidrogel. Selain itu, derajat dan sifat ikatan silang serta kekristalan dari polimer turut menentukan sifat mengembang dari hidrogel (Kroschwitz, 1992).
Hidrogel pertama kali diperkenalkan sebagai biomaterial adalah polihidroksi metakrilat (PHEMA) yang digunakan untuk lensa kontak. Sejak itu pengembangan hidrogel yang digunakan sebagai biomaterial semakin menarik perhatian para peneliti karena hidrogel mempunyai biokompatibilitas yang baik bila kontak dengan darah, cairan tubuh, dan jaringan hidup. Biokompatibilitas dari hidrogel ditunjukan dengan kemampuannya menstimulasi jaringan, karena mempunyai sifat permukaan khusus. Tegangan antar mukanya rendah dan permeabilitasnya
yang tinggi, lunak dan elastis menjadikan hidrogel suatu biomaterial yang baik (Ramarajaj, 1994).
Hidrogel merupakan bahan yang dapat mengabsorbsi dan menahan air dalam jumlah besar, tapi tidak larut dalam air. Umumnya hidrogel dibuat dari polimer hidrofilik baik dalam bentuk tunggal atau kombinasi dengan polimer lainnya dengan teknik kimia atau radiasi sehingga membentuk ikatan silang (crosslinking). Polimer yang digunakan dapat berupa polimer sintetis seperti PVP (polivinil pirolidon) dan PVA (polivinil alkohol) atau polimer alam.
Tujuan utama pengembangan hidrogel sebagai bahan biomaterial adalah untuk perbaikan kesehatan manusia melalui penggunaan biomaterial tersebut sebagai alat kedokteran (Darwis, 1995). Biomaterial adalah material yang digunakan untuk menggantikan/memperbaiki kerusakan jaringan atau sebagai interface dengan lingkungan fisiologis. Biomaterial dapat berupa bahan alam seperti kolagen, serat protein (silk, wool, dan rambut), polisakarida (starch, selulosa dan kitosan) atau bahan sintetis seperti polimer, metal dan keramik(Rosiak, et al., dkk, 1999). 2.6.1 Sintesis hidrogel
Secara umum ada dua metode umum yang dapat digunakan untuk membuat hidrogel yaitu teknik konvensional dan teknik radiasi. Pada metode pertama, hidrogel dibuat melalui polimerisasi dan pembentukan ikatan silang (crosslinking) monomer hidrofilik dengan bantuan agensia pengikatan silang bi- atau multifungsi (bi-or multifunctional crosslinking agent) atau melalui pembentukan ikatan silang polimer larut dalam air
menggunakan reaksi organik khusus yang melibatkan gugus fungsi polimer tersebut.
Pada metode radiasi, hidrogel dapat dibuat melalui polimerisasi dan pembentukan ikatan silang dari monomer atau polimer larut dalam air dengan menggunakan sinar gamma atau elektron cepat. Dengan teknik ini tidak diperlukan adanya inisiator kimia atau agensia pengikatan silang, proses lebih mudah dan sekaligus dapat digunakan untuk mensterilkan produk (Chapiro, et al, 1995). Pemakaian radiasi ionisasi untuk membuat hidrogel didasarkan pada reaksi pembentukan ikatan silang. Dua jenis radiasi ionisasi yang banyak digunakan untuk pembuatan hidrogel adalah sinar gamma yang berasal dari sumber radioisotop cobalt-60 dan elektron cepat yang dihasilkan oleh akselerator elektron. Dengan teknik radiasi ini, hidrogel dapat dibuat dengan meradiasi monomer atau polimer baik dalam bentuk larutan dalam air atau dalam bentuk padat. Namun demikian, pembentukan ikatan silang memerlukan dosis yang lebih tinggi pada iradiasi dalam bentuk padat.
Reaksi pembentukan ikatan silang polimer dalam larutan air akibat iradiasi sinar gamma atau elektron cepat dapat terjadi melalui dua cara yaitu efek langsung (direct effect) dan efek tidak langsung (indirect effect). Efek langsung terjadi bila suatu polimer diradiasi dalam kondisi bulk (padat). Jika suatu larutan polimer diradiasi maka akan terjadi efek langsung dan efek tidak langsung. Efek langsung terjadi akibat dari interaksi antara molekul polimer dengan energi radiasi sehingga menghasilkan radikal polimer. Efek tidak langsung terjadi melalui reaksi
antara molekul air dan radiasi gamma (radiolisis) menghasilkan spesies-spesies seperti OH, H3O+ H, H2,H+, H2O2. Diantara spesies ini yang paling realtif adalah radikal hidroksil (OH). Radikal selanjutnya akan bereaksi dengan molekul polimer membentuk radikal polimer. Radikal polimer yang terbentuk akan bereaksi satu dengan yang lainnya membentuk ikatan silang (crosslinking) (Darmawan, 2000).
Secara garis besar, mekanisme terjadinya ikatan silang (crosslinking) pada radiasi polimer dengan adanya air adalah sebagai berikut(Darmawan, 1999).
PH (polimer) PH*, PH+ + e- (exitaded dan ionitated state) Rekombinasi PH+ + e- PH* Penguraian (dekomposisi) PH* Po + H Radiolisis air
H2O H3O+ aq, OH0, e- aq, H, H2O2, H2 Pemisahan hidrogen
PH + OH0 P0 + H2O Rekombinasi radikal polimer
P0 + P0 P – P (crosslinking polimer)
Secara skematis mekanisme pembentukan ikatan silang suatu larutan polimer
Pembentukan radikal polimer
P P (radikal polimer) Rekombinasi polimer radikal
P + P P – P (ikatan silang) P adalah molekul polimer
b. Ikatan silang tidak langsung (indirect crosslinking) Radiolisis air
H2O H+, OH, e- aq H3O+, H2O2 Abstraksi atom hidrogen
P + OH P + H2O Rekombinasi radikal polimer
P + P P – P (ikatan silang)