KARYA TULIS ILMIAH
FORMULASI DAN KARAKTERISASI MEMBRAN HIDROGEL BERPORI BERBASIS ETIL SELULOSA DAN GELATIN DENGAN METODE ICE PARTICLE LEACHING SEBAGAI PERANCAH DALAM PENGEMBANGAN REKAYASA
JARINGAN LUNAK
Disusun untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Derajat Sarjana Farmasi pada Fakultas Kedokteran dan Ilmu Kesehatan
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Disusun Oleh : PUTRI NORMASARI
20120350088
PROGRAM STUDI FARMASI
FAKULTAS KEDOKTERAN DAN ILMU KESEHATAN UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
KARYA TULIS ILMIAH
FORMULASI DAN KARAKTERISASI MEMBRAN HIDROGEL BERPORI BERBASIS ETIL SELULOSA DAN GELATIN DENGAN METODE ICE PARTICLE LEACHING SEBAGAI PERANCAH DALAM PENGEMBANGAN REKAYASA
JARINGAN LUNAK
Disusun untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Derajat Sarjana Farmasi pada Fakultas Kedokteran dan Ilmu Kesehatan
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Disusun Oleh : PUTRI NORMASARI
20120350088
PROGRAM STUDI FARMASI
FAKULTAS KEDOKTERAN DAN ILMU KESEHATAN UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
iii
PERNYATAAN KEASLIAN PENELITIAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama : Putri Normasari NIM : 20120350088 Program Studi : Farmasi
Fakultas : Kedokteran dan Ilmu Kesehatan
Menyatakan dengan sebenarnya bahwa Karya Tulis Ilmiah yang saya tulis benar-benar merupakan hasil karya saya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan tercantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir Karya Tulis Ilmiah ini.
Apabila dikemudian hari terbukti atau dibuktikan Karya Tulis Ilmiah ini hasil jiplakan, maka saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan tersebut.
Yogyakarta, Juni 2016 Yang membuat pernyataan
iv MOTTO
“Sesungguhnya para malaikat meletakkan sayap-sayap mereka kepada para penuntut ilmu karena senang (rela) dengan yang ia tuntut”.
(H.R. Ibnu Abdil Bar)
“Barang siapa menempuh jalan untuk mencari ilmu, maka Allah
memudahkannya mendapat jalan ke syurga”.
(HR. Muslim)
v
PERSEMBAHAN Bismillahirahmanirrahim..
Alhamdulillah, puji syukur saya limpahkan kepada Allah SWT, Tuhan
semesta alam, atas nikmat rahmat dan karuniaNya yang berlimpah..
Karya tulis ini saya persembahkan untuk Ayahanda tercinta RC.
Kirman dan Ibunda tercinta Ariyani, terimakasih atas setiap doa yang
menghadirkan keridhaan untukku, terimakasih atas nasehat yang
menuntun jalanku, terimakasih atas segala cinta, kasih sayang dan
pengorbanan yang tiada terganti..
Kakak dan Adik tersayang, Nur Eka Herry Purnama dan Mega Putri
Kartika yang senantiasa menghadirkan tawa dan rindu.. yang telah
memberikan dukungan dan motivasi..
Semoga dengan selesainya karya tulis ilmiah ini dapat memberikan
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT, atas segala petunjuk dan rahmat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Karya Tulis Ilmiah yang berjudul “Formulasi dan Karakterisasi Membran Hidrogel Berpori Berbasis Etil Selulosa dan Gelatin dengan Metode Ice Particle
Leaching sebagai Perancah dalam Pengembangan Rekayasa Jaringan Lunak”.
Banyak hambatan yang penulis alami dalam proses pengerjaan, namun akhirnya Karya Tulis Ilmiah ini dapat penulis selesaikan tepat waktu.
Dalam kesempatan ini penulis ingin berterima kasih sebanyak-banyaknya kepada :
1. dr. Ardi Pramono Sp.An.,M.Kes selaku Dekan Fakultas Kedokteran dan Ilmu Kesehatan UMY.
2. Sabtanti Harimurti, S.Si., M.Sc., Ph.D., Apt selaku kepala Program Studi Farmasi Fakultas Kedokteran dan Ilmu Kesehatan UMY.
3. LP3M Universitas Muhammadiyah Yogyakarta yang telah membantu mendanai hibah penelitian tahun 2014.
4. Ibu Ingenida Hadning, M.Sc., Apt selaku dosen pembimbing yang senantiasa membimbing dengan penuh ketekunan, kesabaran dan ketulusan sehingga karya tulis ini dapat terselesaikan.
5. Bapak Rifki Febriansah, M.Sc.,Apt dan Ibu Sabtanti Harimurti, S.Si., M.Sc., Ph.D., Apt selaku dosen penguji yang telah bersedia memberikan saran dan bimbingan.
6. Ibu Dian Purwita Sari, M.Biotech., Apt atas kesediaan dan kesabarannya dalam membimbing.
7. Bapak Drs. Sunarto, Zelmi Dwi Novita, dan Satria Amurwa Wijaya selaku laboran yang telah banyak membantu dalam penelitian di laboratorium. 8. Dini Hayatur Rodiyah dan Yayan Suptrianti Triputra teman seperjuangan
dan teman yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Karya Tulis Ilmiah ini.
9. Iis Lestari, Rustina, dan Ismanurrahman Hadi yang senantiasa memberikan dukungan dan semangat.
10.Seluruh teman Farmasi angkatan 2012 dan semua pihak yang telah membantu dalam karya tulis ini, yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu namanya.
Tentunya ada hal-hal yang ingin penulis berikan dalam dunia kesehatan dari hasil karya ilmiah ini. Oleh karena itu diharapkan semoga karya ilmiah ini dapat menjadi hal yang berguna bagi kita bersama. Penulis menyadari bahwa dalam Karya Tulis Ilmiah ini masih jauh dari sempurna, sehingga penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun.
Yogyakarta, Juni 2016 Penulis
vii
D. Tujuan Penelitian ... 4
E.Manfaat Penelitian ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
A.Teknologi Rekayasa Jaringan (Tissue Engineering)... 6
B.Sistem Perancah (Scaffold) ... 7
C.Hidrogel ... 9
D.Etil selulosa ... 11
E.Gelatin ... 12
F. Metode Ice Particle Leaching ... 14
G.Karakteristik Membran Hidrogel ... 15
H.Kerangka Konsep ... 19
I. Hipotesis ... 21
BAB III METODE PENELITIAN ... 22
A.Desain Penelitian ... 22
B.Tempat dan Waktu Penelitian ... 22
C.Variabel Penelitian dan Definisi Operasional ... 22
D.Instrumen Penelitian ... 24
E.Cara Kerja ... 25
F. Analisa Data ... 29
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 31
A.Formulasi Membran Hidrogel... 31
B.Karakteristik Fisik Membran Hidrogel ... 37
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 54
A.KESIMPULAN ... 54
B.SARAN ... 55
DAFTAR PUSTAKA ... 56
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Struktur Chemical Hydrogel dan Physical Hydrogel ... 11
Gambar 2. Rumus Struktur Etil Selulosa ... 12
Gambar 3. Rumus Struktur Gelatin ... 13
Gambar 4. Skema Kerangka Konsep ... 21
Gambar 5. Skema Prosedur Pembuatan ... 27
Gambar 6. Ilustrasi Crosslink Polimer Etil Selulosa dan Gelatin ... 34
Gambar 7. Ilustrasi Pori pada Ice Particle Leaching ... 36
Gambar 8. Membran Hidrogel Berpori ... 39
Gambar 9. Skema Dasar SEM ... 51
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Perbandingan Jumlah Komponen ... 25
Tabel 2. Analisis Organoleptik ... 38
Tabel 3. Data Uji Persen Age Swelling ... 41
Tabel 4. Data Uji Weight Loss t = 15 menit ... 44
Tabel 5. Data Uji Weight Loss t = 30 menit ... 44
Tabel 6. Data Konstanta Elastisitas (k) ... 48
x
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Perhitungan Volume Gliserin, Metil dan Propil Paraben …..…... 61
Lampiran 2. Perhitungan Persen Age Swelling dan Weight Loss ………….……...61
Lampiran 3. Perhitungan Konstanta Elastisitas (K) dan Gaya Putus (F) ……… 63
Lampiran 4. Perhitungan Pengukuran Ultimate Tensile Strength (UTS) ………. 64
Lampiran 5. Hasil Uji SEM (Scanning Electron Microscope)……… 65
Lampiran 6. Uji Statistik % Age Swelling ……….. 68
Lampiran 7. Uji Statistik Weight Loss pada t=15 menit ………. 69
Lampiran 8. Uji Statistik Weight Loss pada t=30 menit ………. 72
xi
DAFTAR SINGKATAN
% S Persen Age Swelling
% Persen
°C Derajat Celcius
μm Mikrometer
A Luas Penampang
Avr Average
CV Coefficient of Variation
ECM Extra Celluler Matrix
F Gaya Putus
g/mm Gram/milimeter k Konstanta Elastisitas
L Panjang mula-mula
m Meter
mm Milimeter
mL Mililiter
MPa Mega Paskal N/m Newton/meter NaCl Natrium Klorida
P Probabilitas
SD Standar Deviasi
SEM Scanning Electron Microscope UTS Ultimate Tensile Strength
Wd Berat membran hidrogel sebelum direndam Wd, t=0 Berat kering membran hidrogel pada saat t=0
FORMULASI DAN KARAKTERISASI MEMBRAN HIDROGEL BERPORI BERBASIS ETIL SELULOSA DAN GELATIN DENGAN METODE ICE PARTICLE LEACHING SEBAGAI PERANCAH DALAM PENGEMBANGAN
REKAYASA JARINGAN LUNAK INTISARI
Jaringan dan organ dalam kondisi baik dan utuh memiliki banyak fungsi dalam membantu mekanisme kerja tubuh. Kerusakan pada jaringan dan organ dapat mengurangi fungsi kerja tubuh, sehingga tubuh membutuhkan pemulihan. Pemulihan dapat dilakukan dengan pengobatan yang standar, jika pengobatan tidak berhasil maka upaya untuk mengatasi masalah terapi tersebut adalah dengan terapi baru yaitu rekayasa jaringan. Rekayasa jaringan bertujuan untuk menstimulasi tubuh membentuk jaringan baru pada area yang rusak yang dilakukan dengan cara memberikan bahan-bahan yang tepat untuk memicu sel-sel agar dapat melakukan regenerasi.
Pembuatan membran hidrogel berpori dilakukan menggunakan metode ice particle leaching. Formulasi membran hidrogel berpori dibuat dalam tiga formula dengan perbandingan etil selulosa dan gelatin adalah sebagai berikut : formula 1 (F1) yaitu (1:1), F2 (1:1,5) dan F3 (1:2). Membran hidrogel diuji karakteristiknya berdasarkan sifat organoleptik, persen age swelling, weight loss, UTS (Ultimate Tensile
Strength) serta gambaran morfologi permukaan membran hidrogel berpori
menggunakan SEM (Scanning Electron Microscope).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kombinasi etil selulosa dan gelatin dapat diformulasikan menjadi membran hidrogel berpori dengan metode ice particle leaching. Hasil uji organoleptik kehalusan paling tinggi terdapat pada formula 3 (F3), paling elastis terdapat pada F1. Persen age swelling dengan persentase paling besar terdapat pada F1 sebesar 23,73 ± 9,20%. Weight loss pada t=15 menit pada F2 memiliki nilai paling kecil sebesar 0,45 ± 0,01% dan pada t=30 menit terdapat pada F1 sebesar 0,82 ± 0,05%. Nilai UTS F1 memiliki nilai terkecil yakni 0,8967 MPa. Hasil pemeriksaan menggunakan SEM pada F3 menunjukkan terbentuknya pori dengan ukuran paling besar 2,830 μm pada perbesaran 3.000 kali. Karakteristik fisik-mekanik membran hidrogel tersebut perlu ditingkatkan untuk tujuan aplikasi rekayasa jaringan.
FORMULATION AND CHARACTERIZATION MEMBRANE BASED POROUS HYDROGEL OF ETHYL CELLULOSE AND GELATIN BY USING ICE PARTICLE LEACHING METHOD AS SCAFFOLDING IN
SOFT TISSUE ENGINEERING ABSTRACT
Tissues and organs had many functions for every mechanisms in the body. If its get damaged, body will automatically restore it. However body’s recovery has its limit, especially with mild or severe damage in tissues and organs. Because of its important function, recovery of the damaged tissues and organs need be done as soon as possible. Recovery can be done with standard treatment, using drugs or pharmacological treatment. Tissue engineering therapy could became an alternative if standard treatment fails. The aims of tissue engineering is stimulate body to form new tissue at the damaged area and carried out by providing the right materials to trigger the cells to regenerate.
Porous hydrogel membranes producted using ice particle leaching method. Hydrogel formulation of porous membrane was conducted by varying the composition of ethyl cellulose and gelatin i.e F1 (1: 1), F2 (1: 1.5) and F3 (1: 2). Yields analysis will be conducted using physics characteristic such as organoleptic test, percent of age swelling, weight loss, UTS (Ultimate Tensile Strength) and the description of porous hydrogel membrane using SEM (Scanning Electron Microscope).
The results showed that the combination of ethyl cellulose and gelatin can be formulated into a porous hydrogel membranes with ice particle leaching method. Organoleptic test has the highest fineness in F3, and the most elastic in F1. Percentage of swelling age with highest value in the F1 is 23.73 ± 9.20%. The smallest values of weight loss at t=15 minutes found the F2 is 0.45 ± 0.01% and at t=30 minutes the smallest value found in F1 is 0.82 ± 0.05%. UTS in F1 has the smallest value i.e 0,8967 MPa. The result of the examination using SEM at F2 showed pores with a size of 2,830 μm at a magnification of 3.000 times. The physical-mechanical characteristics of the hydrogel membrane needs to be improved for the purpose of tissue engineering applications.
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang
Terjadinya peningkatan kebutuhan kesehatan maka secara tidak langsung kemajuan teknologi dalam dunia kesehatan juga mengalami perkembangan. Salah satu masalah kesehatan adalah kerusakan jaringan dan organ yang disebabkan oleh berbagai kelainan, trauma, maupun penyakit. Jaringan dan organ dalam kondisi yang baik dan utuh memiliki banyak fungsi dalam membantu mekanisme kerja tubuh, namun jika mengalami kerusakan fungsi kerja tubuh menjadi berkurang sehingga membutuhkan pemulihan. Pemulihan karena kerusakan jaringan atau organ dapat dilakukan pengobatan yang standar namun jika pengobatan yang standar tidak berhasil maka dilakukan pembedahan seperti pencangkokan, bedah plastik dan amputasi (Peter, 2006). Pengobatan standar memiliki keterbatasan seperti kurangnya donor organ sehingga diperlukan terapi lain. Upaya untuk mengatasi masalah dan keterbatasan terapi tersebut adalah dengan dikembangkan terapi alternatif dan terapi baru seperti rekayasa jaringan.
salah satu pendekatan rekayasa jaringan memiliki fungsi sebagai substrat pendukung pertumbuhan sel yang diformulasi dalam bentuk atau teknik gelasi pada biohydrogel (Fatimi et al, 2009). Sejumlah teknik fabrikasi telah dikembangkan dan dilaporkan dalam literatur, teknik ini secara umum dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori : konvensional dan maju. Teknik konvensional antara lain solvent-casting, particulate-leaching, and freeze drying dapat membentuk perancah dengan struktur berpori yang saling berhubungan (Zhu et al, 2013). Metode ice particle leaching dengan melelehkan butiran es memiliki keuntungan yaitu dapat mengontrol struktur pori, dapat memproduksi perancah yang lebih tebal dan dapat diaplikasikan pada porous scaffold tiga dimensi untuk rekayasa jaringan (Kang et al, 2006).
َبَخْلاَثِئا
مِ ْيَ َع
ِ رَح ي َ
م َل
ِتاَبِ يَطلا
ل ِح ي َ
Artinya : “Dan dia (Nabi Muhammad Shallallahu ‘alaihi wa sallam) menghalalkan bagi mereka segala yang baik dan mengharamkan bagi mereka
segala yang buruk”.
Penelitian ini bertujuan untuk membuat membran hidrogel berpori menggunakan polimer etil selulosa dan gelatin dengan metode ice particle leaching serta penetapan karakteristik fisik – mekanik meliputi analisis organoleptik, kekuatan tarik (Ultimate Tensile Strength), persen age swelling, weight loss, dan morfologi dengan SEM (Scanning Electron Microscope).
B. Perumusan Masalah
1. Apakah kombinasi polimer etil selulosa dan gelatin dapat diformulasi menjadi membran hidrogel berpori dengan metode ice particle leaching?
2. Bagaimanakah karakteristik fisik dan mekanik membran hidrogel kombinasi polimer etil selulosa dengan gelatin?
C. Keaslian Penelitian
ikatan silang atau crosslink dapat terbentuk. Penelitian lain juga pernah dilakukan oleh Fathi et al (2006), yaitu dengan basis chitosan menunjukkan bahwa hidrogel dapat terbentuk menggunakan metode gas foaming.
Penelitian ini berbeda dengan penelitian-penelitian yang pernah dilakukan karena dalam penelitian ini digunakan polimer alami gelatin dan polimer sintesis etil selulosa dengan berbagai macam formula menggunakan metode ice particle leaching sehingga didapatkan membran hidrogel berpori yang lebih baik.
D. Tujuan Penelitian
1. Membuat membran hidrogel berpori dengan kombinasi polimer etil selulosa dan gelatin dengan metode ice particle leaching.
2. Mempelajari dan mengetahui karakteristik fisik dan mekanik membran hidrogel kombinasi polimer etil selulosa dengan gelatin.
E. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA A. Teknologi Rekayasa Jaringan (Tissue Engineering)
Istilah tissue engineering (rekayasa jaringan) dideskripsikan pertama kali pada 1980an, dan definisi resmi pertama disetujui pada tahun 1987 (Lysaght dan Crager, 2009). Rekayasa jaringan merupakan suatu bidang multidisiplin yang berkembang pesat melibatkan ilmu hayati, fisika, dan teknik yang dipelajari untuk menumbuhkan fungsi sel, jaringan, dan organ buatan untuk memperbaiki, menggantikan, atau meningkatkan fungsi biologis yang hilang oleh abnormalitas bawaan, luka, penyakit atau penuaan (Pettersson, 2009). Strategi yang umum diterapkan pada rekayasa jaringan dapat diklasifikasikan menjadi tiga kelompok : (1) implantasi sel terisolasi atau pengganti sel ke dalam organisme, (2) memberikan zat yang menginduksi jaringan seperti faktor pertumbuhan, dan menempatkan sel pada atau di dalam matriks (Lanza et al, 2007). Rekayasa jaringan memiliki prinsip kerja yaitu dapat menghubungkan antara fungsi struktur jaringan normal dan kondisi patologis, serta memiliki fungsi sebagai pengganti jaringan biologis yang mampu memulihkan, mempertahankan atau meningkatkan fungsi jaringan (Lanza et al, 2007).
fungsi sel baru melalui interaksi sel matriks. Pada prakteknya, pendekatan umum dalam teknologi rekayasa jaringan adalah melalui penanaman sel pada suatu perancah yang berperan sebagai substrat perlekatan bagi sel yang tidak mampu tumbuh sendiri. Lanza et al (2007), menyebutkan hal–hal yang dikendalikan dalam menciptakan rekayasa jaringan meliputi sel, material dan faktor lingkungan. Tiga faktor tersebut dapat mempengaruhi terbentuknya rekayasa jaringan, namun tidak setiap strategi regenerasi harus melibatkan ketiga elemen tersebut. Perancah biomaterial dapat diimplankan tanpa penanaman sel terlebih dulu. Biomaterial dapat berperan sebagai perancah disaat sel di jaringan sekitarnya bermigrasi dan tumbuh pada perancah untuk menghasilkan jaringan baru. Faktor lingkungan tidak dapat dikesampingkan sepenuhnya, sebagaimana sel selalu dipengaruhi oleh lingkungan sekitarnya, baik secara fisiologis maupun buatan (Pettersson, 2009).
B. Sistem Perancah (Scaffold)
membawa molekul bioaktif yang memiliki fungsi biologis tertentu (Gualandi, 2011). Perancah yang digunakan harus mempunyai karakteristik kunci yang sesuai dengan jaringan atau organ yang dituju antara lain : porositas, mikrostruktur, makrostruktur, biokompatibilitas, biodegradabilitas, dan kekuatan mekanik (Yoon dan Fisher, 2007).
Material scaffold ada yang bersumber dari bahan-bahan sintetik, semi sintetik dan ada yang berasal dari bahan-bahan alam. Sebagian besar bahan-bahan ini telah dikenal di bidang medis sebelum munculnya teknik jaringan sebagai topik penelitian. Biomaterial baru telah direkayasa untuk memiliki sifat yang ideal, seperti penelitian Fernandes (2011) yang mengemukakan beberapa karakteristik lain dan persyaratan yang harus dipertimbangkan untuk semua desain perancah, yaitu :
1. Biokompatibel, perancah harus mendukung pertumbuhan jaringan baru dan mencegah reaksi yang mempengaruhi kerusakan jaringan di sekitarnya.
2. Biodegradable, kecepatan biodegradasi harus dikendalikan dan sesuai dengan pembentukan jaringan baru pada sel normal.
3. Meningkatkan perlekatan sel, penyebaran dan proliferasi sel yang mempengaruhi regulasi pertumbuhan dan diferensiasi sel.
5. Sebagai penghantar yang baik dalam transfer nutrisi ke dalam sel, karena sel harus memiliki nutrisi yang cukup.
6. Memiliki karakteristik permukaan yang sesuai, selain sifat fisika dan kimia yang optimal perancah harus mampu meningkatkan fungsi organ.
7. Bentuk tiga dimensi yang tepat dapat mempengaruhi perkembangan teknologi pada rekayasa jaringan.
Beberapa karakteristik yang telah disebutkan diharapkan saat sel membentuk matriks pengikat, penyangga dapat memberi dukungan sruktural dan setelah jaringan terbentuk perancah mulai terurai (Fernandes et al, 2011). C. Hidrogel
Gambar 1. Struktur Chemical Hydrogel dan Physical Hydrogel (Hoffman, 2002)
Polimer alami yang paling sering digunakan sebagai perancah hidrogel dalam rekayasa jaringan adalah alginat, hyaluronate, kolagen, dan derivatnya.
D. Etil selulosa
film menjadi lebih bagus. Dalam studi sebelumnya standard 10 premium film ethyl cellulose dibuat menggunakan berbagai kuantitas plasticizer sehingga pelepasan obat melambat serta meningkatkan fleksibilitas rantai polimer yang menghasilkan cangkang keras menjadi fleksibel dan kuat (Murtaza, 2012).
Dalam bidang farmasi, etil selulosa dimanfaatkan sebagai bahan pengikat tablet, penyalut, penambah viskositas sediaan liquid, memodifikasi pelepasan obat, meningkatkan stabilitas sediaan obat (Kulvanich et al, 2002). Semakin tinggi viskositas atau semakin tinggi bobot molekul etil selulosa, menghasilkan karakteristik membran yang lebih tangguh dan tahan lama (Chandel et al, 2013).
Gambar 2. Rumus Struktur Etil Selulosa (Murtaza, 2012)
E. Gelatin
asam aspartat (6%), lisin (4%), serin (4%), leusin (3%), valin (2%), fenilalanin (2%), treonin (2%), isoleusin (1%), hidroksilisin (1%), metionin dan histidin (<1%), serta tirosin (<0,5%). Muatan asam amino dapat berubah positif atau negatif tergantung dari komposisi gelatin dan media sekitarnya (pelarut). Struktur molekul gelatin dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Rumus Struktur Gelatin (Chaplin, 2006)
Gelatin memiliki sifat yang khas. Gelatin larut dalam air panas dan jika didinginkan akan membentuk gel yang dapat berubah secara reversible dari bentuk sol ke gel seiring dengan menurun atau naiknya suhu, membengkak atau mengembang dalam air dingin, dapat membentuk film, mempengaruhi viskositas suatu bahan dan dapat melindungi sistem koloid (Amiruldin, 2007). Berdasarkan sifat-sifatnya gelatin digunakan sebagai bahan tambahan (additive) pada beberapa bahan utama industri baik pangan maupun non-pangan.
yang baik dan (2) tersedia sebagai molekul yang teridentifikasi dengan baik ( well-defined compound) sehingga memberikan sifat well-controlled processing (Chang et al, 2003). Hidrogel gelatin mengalami pembengkakan atau mengembang (swelling) ketika menyerap air, gelatin mampu menyerap air 5-10 kali bobotnya, dan dapat berubah secara reversibeldari sol ke gel (Maddu et al, 2006).
F. Metode Ice Particle Leaching
Metode yang digunakan untuk membuat perancah berpori tiga dimensi adalah metode porogen-leaching. Metode ini dapat dengan mudah mengendalikan struktur pori dan telah banyak dimanfaatkan. Baru-baru ini, beberapa partikel larut air termasuk garam dan karbohidrat, telah digunakan sebagai bahan pembuat pori (Subia et al, 2010). Pembuatan jaringan perancah melibatkan : (1) melarutnya polimer dalam pelarut organik, (2) penggabungan porogen, dan (3) leaching porogens. Struktur pori yaitu, porositas, ukuran pori, dan morfologi pori dapat dengan mudah dikontrol dengan mengendalikan sifat-sifat porogen. Perancah berpori 3D ini mendukung pertumbuhan sel baik in vitro dan in vivo (Gilson et al, 2006). Menurut Gilson et al (2006), metode porogen-leaching menggunakan butiran es sebagai bahan perancah. Porogen dibuat dengan mencampur larutan polimer dalam pelarut dengan butiran es, yang kemudian dilakukan pembekuan campuran, dan freeze drying. Karakteristik dari metode ini adalah :
1. Ukuran partikel es dikendalikan oleh saringan dan diukur dengan photomicrographs.
3. Perancah yang dihasilkan secara fisik terlihat stabil.
4. Perancah berpori 3D yang dihasilkan memiliki derajat porositas hingga 99% dan diameter pori hingga 400 µm.
Metode ice particle leaching harus dilakukan dalam kondisi dingin karena selama pembekuan mengalami perubahan bentuk butiran es dan dapat terjadi pemisahan fase dalam larutan polimer, sehingga struktur pori yang dihasilkan setelah kering mengalami kecacatan. Teknik ini dapat dilakukan pada skala kecil, sehingga banyak digunakan selama tahap pengembangan sistem hidrogel baru, namun karena keterbatasan yang terkait dengan menghilangkan partikel padat dari hidrogel, teknik ini biasanya terbatas pada fabrikasi hidrogel yang tipis (biasanya kurang dari 500 mm) yang kemudian harus dirakit menjadi sebuah konstruksi yang lebih besar (Annabi, 2010).
G. Karakteristik Membran Hidrogel 1. Uji Organoleptik
pengujian organoleptik memiliki berbagai macam cara yang digolongkan dalam beberapa kelompok. Berikut adalah jenis pengelompokan untuk menguji sifat organoleptik :
a. Uji pembedaan
Pengujian pembedaan digunakan untuk menetapkan perbedaan sifat sensorik atau organoleptik antara dua sampel.
b. Uji hedonik atau kesukaan
Dalam uji ini mengungkapan tanggapan pribadi tentang kesukaan atau ketidaksukaan, sekaligus tingkatannya. Tingkat kesukaan disebut skala hedonik, misalnya amat sangat suka, sangat suka, suka, agak suka, netral, agak tidak suka, tidak suka dan amat tidak suka.
c. Uji mutu hedonik
Pengujian ini merupakan penilaian sensorik yang didasarkan pada sifat-sifat sensorik yang lebih spesifik dan meliputi banyak sifat sensorik yang dinilai dan dianalisa sehingga dapat menyusun mutu sensorik secara keseluruhan, karena mutu umumnya ditentukan oleh beberapa sifat sensorik. Sifat sensorik yang dipilih sebagai pengukur mutu adalah yang paling peka dan paling relevan terhadap mutu.
2. Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
kekuatan mekanis membran hidrogel karena tujuan material ini sebagai perancah harus mampu menahan dan melindungi jaringan target. Ketika terjadi gerakan atau stress di sekitar jaringan, maka perancah harus mampu bertahan dan tidak berubah strukturnya sehingga perancah bisa berfungsi dengan baik (Schlogl, 2012).
Kemampuan bertahan suatu material terhadap suatu gaya tarik berhubungan dengan posisi dan jarak antar atom-atom. Atom-atom dalam suatu material selalu menjaga jarak stabilnya. Apabila ada gaya luar yang bekerja, material tersebut akan bertahan agar atom-atomnya tetap berada pada jarak idealnya sehingga struktur material tidak berubah. Kekuatan tarik diperoleh dengan menggunakan pengukuran elastisitas (k) dan gaya putus membran yang dikonversi menjadi nilai UTS (Ultimate Tensile Strength), persamaan (1).
= �
� (1)
3. Analisis Persen Age Swelling
cairan tubuh. Besarnya persen age swelling dapat dihitung menggunakan persamaan (2).
% =� −��
�� × (2)
Dalam persamaan tersebut Ws adalah berat membran hidrogel setelah direndam di dalam NaCl fisiologis, dan Wd adalah berat membran hidrogel sebelum sampel direndam di dalam NaCl fisiologis. Hasil analisis persen age swelling membran hidrogel dapat digunakan untuk mengetahui kemampuan difusi hidrogel sebagai perancah dalam menghantarkan obat maupun growth factor.
4. Analisis Weight Loss
Uji Weight loss digunakan untuk mengetahui kehilangan berat terhadap waktu yang diukur pada keadaan kering setelah membran mulai mengalami degradasi. Besarnya weight loss dapat dihitung menggunakan persamaan (3).
����ℎ �� =��, =0− ��, =�
��, =0 (3)
dengan Wd, t=0 adalah berat kering membran hidrogel pada saat t=0 sedang Wd, t=n adalah berat kering membran hidrogel yang sudah terdegradasi pada saat t=n.
Uji weight loss yang diukur terhadap waktu dapat mengetahui besarnya degradasi intermolekuler crosslinks di dalam jaringan polimer ketika mulai rusak atau disintegrated (Dutta, 2012).
SEM (Scanning Electron Microscopy) merupakan suatu metode untuk membentuk bayangan daerah mikroskopis permukaan sampel. Analisis menggunakan SEM akan menghasilkan gambaran morfologi spesimen yang diteliti (Bestebroer et al, 2007). Membran yang dibuat dalam penelitian ini juga akan memberikan suatu berkas elektron berdiameter antara 5 hingga 10 nm dilewatkan sepanjang spesimen sehingga terjadi interaksi antara berkas elektron dengan spesimen menghasilkan beberapa fenomena berupa pemantulan elektron berenergi tinggi, pembentukan elektron sekunder berenergi rendah, penyerapan elektron, pembentukan sinar-X, atau pembentukan sinar tampak. Setiap sinyal yang terjadi dapat dimonitor oleh suatu detektor (Rohaeti, 2009).
H. Kerangka Konsep
Rekayasa jaringan dipelajari untuk menumbuhkan fungsi sel, jaringan, dan organ buatan untuk menggantikan atau meningkatkan fungsi biologis yang rusak oleh abnormalitas bawaan, luka, penyakit atau penuaan (Pettersson, 2009). Pendekatan umum dalam teknologi rekayasa jaringan adalah melalui penanaman sel pada suatu perancah yang berperan sebagai substrat perlekatan bagi sel yang tidak mampu tumbuh sendiri.
gugus-gugus yang terdapat pada polimer. Etil selulosa merupakan polimer semi sintetik derivat selulosa, sedangkan gelatin merupakan polimer alami. Metode yang digunakan untuk membuat perancah berpori 3D adalah ice particle leaching. Pori dibuat dengan mencampur larutan polimer dalam pelarut dengan butiran es, yang kemudian dilakukan pembekuan dan pelelehan membran hidrogel.
Suatu membran hidrogel berpori yang baik harus memiliki sifat dan karakteristik yang mirip dengan jaringan target. Membran hidrogel yang diperoleh dilakukan uji karakterisasi fisik-mekaniknya. Analisis organoleptik dilakukan untuk melihat gambaran fisik membran hidrogel secara visual. Persen
age swelling menggambarkan kemampuan membran hidrogel dalam menyerap
perlekatan dan pertumbuhan sel. Skema kerangka konsep dapat dilihat pada Gambar 4.
I. Hipotesis
Berdasarkan landasan teori di atas, dibuat suatu hipotesis, yaitu :
1. Kombinasi etil selulosa dengan gelatin dapat diformulasi menjadi membran hidrogel.
2. Membran hidrogel dengan kombinasi etil selulosa dengan gelatin memiliki karakteristik fisis dan mekanis yang cukup baik
Gambar 4. Skema Kerangka Konsep Polimer semi sintetik
menggunakan etil selulosa
Formulasi hidrogel dengan metode ice particle leaching
Membran hidrogel berpori
Polimer alami menggunakan gelatin Perancah rekayasa jaringan
dibuat dengan polimer
BAB III
METODE PENELITIAN A. Desain Penelitian
Desain penelitian yang digunakan pada penelitian ini adalah penelitian eksperimental laboratoris.
B. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Juni 2015 sampai November 2015, bertempat di Laboratorium Penelitian Fakultas Kedokteran dan Ilmu Kesehatan Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Laboratorium Penelitian dan Pengujian Terpadu Universitas Gadjah Mada, dan Laboratorium Fisika Fakultas MIPA Universitas Gadjah Mada.
C. Variabel Penelitian dan Definisi Operasional 1. Variabel Penelitian
a. Variabel Bebas
Variasi komposisi etil selulosa dan gelatin sebagai polimer yang digunakan untuk formulasi membran hidrogel dengan teknik ice particle leaching.
b. Variabel Tergantung
c. Variabel Terkendali
1) Perbandingan pelarut terhadap polimer 2) Suhu uji persen age swelling dan weight loss
3) Waktu yang dibutuhkan dalam pembekuan membran hidrogel 4) Waktu yang dibutuhkan membran hidrogel untuk mengembang
dan berdegradasi 2. Definisi Operasional
a. Variasi komposisi dari membran hidrogel adalah perbandingan antara jumlah massa etil selulosa, gelatin, volume aquadest dan volume etanol.
b. Metode ice particle leaching adalah dengan pembekuan campuran polimer untuk membentuk membran solid dan pelelehan butiran es dalam suhu ruang sehingga menghasilkan membran yang berpori. c. Analisis organoleptik adalah mengukur mutu membran hidrogel
dengan menggunakan indra manusia.
d. Ultimate Tensile Strength adalah kekuatan mekanis membran dalam menahan beban.
e. Persen age swelling adalah kemampuan membran untuk menyerap air dilihat dari selisih berat basah dan berat kering.
g. Pemeriksaan mikroskopik menggunakan SEM (Scanning Electron
Microscope) adalah pemeriksaan morfologi membran dengan
mikroskop elektron.
D. Instrumen Penelitian 1. Alat Penelitian
Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah pipet ukur, pipet tetes, timbangan analitik, blender, pengaduk, kertas label, gelas beker (Iwaki pyrex®), gelas ukur (Iwaki pyrex®), cawan petri (Steriplan), gelas arloji (Iwaki pyrex®), pembolong hidrogel, disposable petridish (Iwaki pyrex®), hot plate, water bath (Memmert), Universal Testing Machine (Traveling Microscope), SEM (Scanning Electron Microscope).
2. Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah etil selulosa (pharmaceutical grade), gelatin (pharmaceutical grade), etanol 96% dan aquadest yang diperoleh dari CV. General Lab, gliserin (Brataco), metil paraben (Brataco), propil paraben (Brataco), NaCl fisiologis yang diperoleh dari PT. Otsuka
E. Cara Kerja
Formulasi membran hidrogel dilakukan dengan beberapa bahan yaitu etil selulosa, gelatin, etanol, dan aquadest. Perbandingan jumlah komponen dapat dilihat pada Tabel 1 di bawah ini.
Tabel 1. Perbandingan Jumlah Komponen
Formula
dalam pembuatan formulasi ini. Etil selulosa dilarutkan dalam etanol 96% sebanyak 10 ml untuk formula satu, 7 ml untuk formula dua dan 5 ml untuk formula tiga. Volume etanol yang digunakan berbeda-beda karena pada volume tertentu ikatan antara etanol dan etil selulosa sudah mengalami kejenuhan sehingga berapapun volume etanol yang diberikan maka tidak akan berpengaruh terhadap kelarutan etil selulosa. Gelatin dilarutkan dengan aquadest panas masing-masing formula sebanyak 6 ml karena pada volume tersebut gelatin sudah dapat larut dan membentuk campuran yang tidak terlalu kental maupun cair. Gelatin yang telah dilarutkan kemudian ditambahkan antimikroba yaitu metil paraben dan propil paraben dengan konsentrasi 0,1% yang diperoleh dari perhitungan (Lampiran 1). Campuran tersebut kemudian ditambahkan 6 tetes gliserin untuk menambah elastisitas membran. Perhitungan volume gliserin dapat dilihat pada perhitungan (Lampiran 1). Bahan yang sudah homogen tersebut dituang secara bertahap dalam disposable petri dish hal ini untuk memudahkan butiran es untuk membentuk pori saat setelah terjadi pelelehan membran hidrogel. Campuran hidrogel ditambahkan butiran es sebagai agen pembentuk pori melalui dua tahap yaitu setengah campuran hidrogel dituang dalam petri dish kemudian ditambahkan butiran es pada permukaannya dan ditambahkan sisa campuran hidrogel serta butiran es. Pembentukan membran berpori dengan metode ice
particle leaching dilakukan dengan membekukan membran pada almari es
dilelehkan pada suhu ruang selama kurang lebih 6 hari. Skema pembuatan membran hidrogel berpori dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 1. Skema Prosedur Pembuatan
2. Analisis Karakteristik Membran Hidrogel a. Analisis Organoleptik
warna, kehalusan dan elastisitas dengan menggunakan panca indra manusia.
b. Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
Membran dipotong dengan lebar 2 cm dan panjang 6 cm kemudian diletakkan antara pelat atas dan bawah dari tensile tester (Dutta, 2012). Kekuatan tarik diperoleh dengan menggunakan pengukuran elastisitas (k) dan gaya putus membran yang dikonversi menjadi nilai UTS (Ultimate Tensile Strength). Pengukuran gaya putus (F) dilakukan dengan memberi beban pada sampel dan perhitungan waktu dengan persamaan 1.
= �
� (1)
c. Analisis Persen Age Swelling
Analisis persen age swelling dilakukan dengan memotong sampel sebagai berat kering kemudian ditambahkan 1 mL NaCl fisiologis ke dalam masing-masing test tube, setelah itu sampel diinkubasi selama 5 menit pada suhu 37C. Setelah diinkubasi, NaCl fisiologis diserap dengan kertas adsorben kemudian sampel dibilas dengan aquadest. Aquadest bekas bilasan dihilangkan dengan kertas adsorben dan dilakukan perhitungan berat basah dengan persamaan 2.
% =� −��
�� × (2)
Langkah yang dilakukan adalah dengan menimbang berat kering membran pada waktu t=0 kemudian direndam di dalam NaCl fisiologis dengan interval waktu 15 dan 30 menit pada suhu 37C. Kemudian ditimbang untuk mengetahui berat basah, sebagai t=n. Besar weight loss dihitung menggunakan persamaan 3.
����ℎ �� =��, =0− ��, =�
��, =0 (3)
e. Pemeriksaan Mikroskopik (Scanning Electron Microscope)
Morfologi permukaan membran diamati menggunakan alat Scanning Electron Microscope dengan perbesaran hingga 10.000 kali dengan standar ASTM F2900-11 yaitu suatu standar metode yang digunakan untuk mengetahui karakterisasi hidrogel dalam produk rekayasa jaringan (International ASTM, 2011).
F. Analisa Data
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN A. Formulasi Membran Hidrogel
(Murtaza, 2012). Gelatin digunakan sebagai polimer karena secara luas memiliki sifat biokompatibel yang baik (Young et al, 2005). Gelatin juga mampu menyerap air 5-10 kali bobotnya (Maddu et al, 2006). Pencampuran kedua basis untuk membentuk membran hidrogel dibantu dengan penambahan gliserin untuk meningkatkan elastisitas (Rowe et al, 2009). Gliserin juga berfungsi menjaga kelembaban membran hidrogel agar tidak terlalu keras dan tidak mudah rapuh. Penambahan metil dan propil paraben digunakan sebagai antimikrobial. Campuran hidrogel ditambahkan butiran es sebagai agen pembentuk pori melalui dua tahap yaitu setengah campuran hidrogel dituang dalam petri dish kemudian ditambahkan butiran es pada permukaannya dan ditambahkan sisa campuran hidrogel serta butiran es. Hidrogel disimpan selama 24 jam dalam lemari pendingin dengan tujuan mempercepat pembekuan. Komponen air yang membeku dilelehkan pada suhu ruang selama kurang lebih 6 hari.
Gambar 1. Ilustrasi Crosslink Polimer Etil Selulosa dan Gelatin
kombinasi metil paraben dan propil paraben. Pemilihan kombinasi metil paraben dan propil paraben sebagai pengawet karena merupakan pengawet berspektrum luas, kuat dan berefek sinergis (Rowe, 2009). Metil paraben digunakan sebagai antibakteri, propil paraben sebagai antifungi. Penambahan bahan pengawet ini bukan merupakan material atau polimer yang memiliki karakteristik untuk membentuk scaffold. Komposisinya yang sangat sedikit juga tidak berpengaruh secara signifikan terhadap ikatan silang yang terjadi antara etil selulosa dan gelatin (Dhirisma, 2014). Antimikroba ini menimbulkan efek yang tampak secara visual pada membran hidrogel yakni warna membran yang dihasilkan menjadi tidak bening menyerupai gel atau plastik (Dhirisma, 2014).
mengembang (Dhirisma, 2014). Pori yang terbentuk pada hidrogel dengan metode ice particle leaching dapat dilihat pada Gambar 7 bahwa butiran es akan meninggalkan ruang berdasarkan dari bahan yang terdapat pada membran.
Gambar 2. Pori pada Ice Particle Leaching
B. Karakteristik Fisik Membran Hidrogel a. Identifikasi Organoleptik
pelelehan. Penelitian ketiga menghasilkan membran hidrogel yang lebih baik, terdapat pori-pori dan lebih elastis dibandingkan dengan pengujian sebelumnya. Pengujian warna dan kehalusan dilakukan dengan menggunakan metode pembedaan yaitu membandingkan semua formula yang menghasilkan warna kuning opak (kuning tidak bening) serta tekstur yang halus atau rata. Kehalusan membran hidrogel juga dikarenakan penambahan gliserin (De Caro, 1997). Pengujian tingkat elastisitas dilakukan dengan menarik membran hidrogel secara berulang untuk semua formula. Analisis organoleptik dari ketiga formula dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 1. Analisis Organoleptik
Formula Warna Kehalusan Elastisitas
1 Kuning opak +++
2 Kuning opak +
3 Kuning opak ++
Keterangan : halus, sangat halus, + kurang elastis, ++ elastis, +++ sangat elastis
Rofifah (2015), yang menyebutkan bahwa patch hidrogel berbasis HPMC dan PVP menghasilkan karakteristik fisik berwarna bening dan transparan.
Gambar 3. Membran Hidrogel Berpori (A) Formula 1 Etil selulosa : Gelatin (1:1) ; (B) Formula 2 Etil selulosa : Gelatin (1:1,5) ; (C) Formula 3
Etil selulosa : Gelatin (1:2)
b. Analisis Persen Age Swelling
Persen age swelling menggambarkan kemampuan membran hidrogel untuk mengembang yang menunjukkan kemampuan suatu material untuk menyerap suatu larutan, baik air maupun cairan tubuh hingga mencapai keadaan setimbang. Membran hidrogel berpori memiliki karakteristik fisik yang perlu dianalisa, salah satunya adalah kemampuan untuk mengembang dalam larutan NaCl fisiologis yang merepresentasikan cairan tubuh (Mohsen et al, 2011).
suhu 37C yang mempresentasikan suhu tubuh manusia. Setelah diinkubasi, sampel dibilas dengan aquadest untuk menghindari terjadinya ikatan silang dengan polimer. Kemudian dihilangkan sisa aquadestnya dengan menggunakan kertas adsorben. Selanjutnya dilakukan penimbangan berat setelah perendaman.
Tabel 2. Data Uji Persen Age Swelling
Formula Avr ± SD (%)
FI (1:1) 23,73 ± 9,20
F2 (1:1,5) 19,59 ± 3,88
F3 (1:2) 5,22 ± 2,29
Pada Tabel 3 persen age swelling tertinggi terdapat pada F1 dengan perbandingan konsentrasi etil selulosa : gelatin (1:1) sebesar 23,73% ±9,20%. Komposisi etil selulosa pada F1 lebih banyak dibandingkan formula 2 dan 3 menyebabkan membran hidrogel mampu mengembang dan menyerap air lebih banyak sehingga terbentuk sebuah pola F1>F2>F3.
Ikatan silang dalam hidrogel mempunyai kemampuan menyimpan air di dalam struktur porinya dengan cara meregangkan rantainya sehingga dapat membentuk lapisan gel. Adanya peregangan rantai tersebut menyebabkan membran hidrogel dapat mengembang dalam air (swelling) namun tetap dapat mempertahankan bentuk aslinya dan bersifat tidak larut dalam air. Proses regenerasi jaringan membutuhkan asupan nutrisi sebagai faktor pertumbuhan dan hormon sehingga mengembangnya membran hidrogel mendukung proses tersebut. Semakin tinggi kandungan air yang mampu diserap, maka semakin baik sifat biokompatibilitas suatu membran hidrogel (Ganji et al, 2010).
berpori. Gelatin merupakan polimer yang bersifat hidrofilik sehingga ketika berada dalam air atau cairan tubuh maka akan terjadi pengembangan (swelling) hal ini dikarenakan pada prinsipnya gugus hidrofil yang dimiliki oleh gelatin mampu mengikat air lebih banyak karena gugus hidrofil pada gelatin membuat molekul dari gelatin memiliki afinitas tinggi terhadap air sehingga jika gelatin kontak dengan air maka terjadi hidrasi dan peregangan rantai (Maddu et al, 2006). Gelatin yang dicampur dengan air memiliki ikatan hidrogen pada strukturnya, yang memungkinkannya untuk melakukan ikatan silang dengan gelatin ataupun polimer lainnya. Ikatan hidrogen yang terbentuk disertai dengan penambahan suhu akan memberikan kesempatan kepada etil selulosa untuk membentuk ikatan silang dengan gelatin.
memiliki struktur yang menyebabkan selulosa bersifat kristalin dan tidak mudah larut, namun di dalam selulosa juga terbentuk rangkaian struktur yang tidak tersusun secara teratur sehingga membentuk daerah nonkristalin atau amorf yang menyebabkan selulosa mudah mengembang. Derajat kristalin selulosa dipengaruhi oleh perlakuan yang diberikan seperti pengadukan. Selain itu mengembangnya membran hidrogel juga disebabkan oleh semakin banyaknya gugus aktif dari etil selulosa yang tidak mengalami crosslink dengan gelatin. Menurut Rofifah (2015), gugus aktif tersebut akan dimanfaatkan oleh air untuk membentuk ikatan hidrogen sehingga membran hidrogel mudah mengembang.
c. Weight Loss
perendaman. Hasil penelitian pada waktu 15 menit dan 30 menit dapat dilihat pada Tabel 4 dan 5.
Tabel 3. Data Uji Weight Loss t = 15 menit
Formula Avr ± SD (%)
FI (1:1) 0,54 ± 0,13 F2 (1:1.5) 0,45 ± 0,01 F3(1:2) 0,71 ± 0,09
Tabel 4. Data Uji Weight Loss t = 30 menit
Formula Avr ± SD (%)
FI (1:1) 0,82± 0,05 F2 (1:1,5) 0,91± 0,06 F3 (1:2) 0,92± 0,05
Hasil analisis nilai weight loss pada interval 15 menit perbandingan komposisi pada F2 yaitu etil selulosa : gelatin (1:1,5) memiliki nilai rata-rata weight loss paling kecil yaitu 0,45% ± 0,01% dibanding formula yang lain memungkinkan ikatan crosslink yang terbentuk antara etil selulosa dan gelatin lebih kuat sehingga membran lebih lama bertahan dalam proses degradasi. Hal tersebut disebabkan karena adanya pengaruh dari banyaknya ikatan hidrogen yang terbentuk, suhu yang dapat mempengaruhi kemampuan etil selulosa dan gelatin untuk membentuk ikatan silang sehingga dapat menyebabkan perbedaan kerapatan ikatan silang pada membran hidrogel.
menghasilkan nilai weight loss paling kecil karena etil selulosa memiliki kecepatan degradasi yang lebih lambat dan mampu membentuk karakteristik membran yang kuat sehingga mampu bertahan lebih lama dalam proses degradasi (Chandel et al, 2013). Penelitian ini menghasilkan nilai weight loss yang jauh lebih kecil dari penelitian sebelumnya. Dutta (2012) menyatakan bahwa agar hidrogel dapat diterima oleh jaringan yang luka, hidrogel berbasis PVA, PEG dan CaCl2 menghasilkan nilai weight loss kurang dari 19% selama 72 jam.
d. Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
Menurut jurnal International ASM (2004), terdapat beberapa parameter untuk menilai kekuatan tarik atau tensile strength dari suatu benda padat salah satunya pada penelitian ini parameter pengukuran yang diperoleh adalah nilai k yakni tingkat elastisitas bahan yang dikonversikan menjadi besaran konstanta elastisitas (N/m) dan nilai F sebagai gaya putus bahan yang dikonversikan menjadi besaran Ultimate Tensile Strength (UTS) (Lampiran 4). Menurut hukum Hooke, gaya (F) atau beban yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang atau regangan. Akan tetapi apabila suatu benda telah mencapai batas elastisnya maka maka hukum Hooke tidak berlaku, ini ditandai dengan titik luluh yaitu batas antara daerah elastis dengan plastis (Cocco, 2010). Daerah elastis adalah daerah dimana suatu bahan memiliki kemampuan untuk kembali ke wujud asalnya setelah diberi beban, sedangkan daerah plastis adalah daerah dimana bahan tidak dapat kembali ke wujud asalnya (Kailas, 2012).
Tabel 5. Data Konstanta Elastisitas (k)
Formula Avr ± SD (N/m)
FI 59,22 ± 15,68
F2 48,47 ± 20,58
F3 53,57 ± 19,40
Besarnya Ultimate Tensile Strength (UTS) yang didapatkan dalam membran hidrogel dengan berbagai perbandingan formulasi ditunjukkan pada Tabel 7 yang diungkapkan dalam satuan Mega Pascal (MPa). Tabel 6. Data Ultimate Tensile Strength (UTS)
Formula Gaya
Putus/F (N)
Luas Penampang/A (m2)
Tempo (menit)
UTS (MPa)
F1 0,686 0,765 x 10-6 3 0,8967
F2 0,686 0,457 x 10-6 4 1,5010
F3 0,686 0,688 x 10-6 4 0,9970
Besarnya Ultimate Tensile Strength (UTS) membran hidrogel menunjukkan kemampuan membran untuk menahan beban atau gaya (F) yang diberikan sampai membran mengalami perubahan bentuk. Berdasarkan teori yang dikemukakan oleh Arvanitoyannis et al (1997), komposisi gelatin yang lebih banyak menghasilkan nilai UTS lebih besar dibanding formula lain ini disebabkan oleh sifat deformasi plastis, bentuk anyaman dan protein dalam kolagen yang dimiliki gelatin. Penelitian yang dilakukan oleh Junianto et al (2006), menyatakan bahwa ikatan struktur suatu membran hidrogel khususnya yang berbasis gelatin dipengaruhi oleh berat molekul dan panjang ikatan rantai asam amino penyusunnya, semakin panjang ikatan rantai asam amino maka berat molekul gelatin semakin besar, sehingga ikatan yang terbentuk semakin padat dan kuat dan menghasilkan UTS yang lebih besar.
e. SEM (Scanning Electron Microscope)
dikehendaki dapat dilakukan dengan mengatur scanning generator dan scanning coils. Elektron sekunder hasil interaksi antara elektron dengan permukaan spesimen ditangkap oleh detektor SE (Secondary Electron) yang kemudian diolah dan diperkuat oleh amplifier dan kemudian divisualisasikan dalam monitor sinar katoda (CRT). Permukaan membran hidrogel akan langsung berinteraksi dengan cairan atau lingkungan fisiologis oleh karena itu morfologi permukaan digunakan sebagai perantara bagi sel untuk tumbuh ke jaringan yang dikehendaki. Skema dasar SEM disajikan pada Gambar 9.
Bentuk morfologi dan struktur membran hidrogel berpori dapat dilihat pada Gambar 10. Gambar 10 (A) menunjukkan hasil SEM pada perbesaran 3.000 kali dengan ukuran pori terbesar 2,830 µm, gambar (B) pada perbesaran 10.000 kali dengan ukuran pori terbesar 1,404 µm.
A
B
Perbedaan ukuran pori disebabkan oleh adanya pengaruh dari luar seperti perubahan suhu secara drastis yang tidak terkontrol saat proses pembekuan dan pelelehan hidrogel. Perbedaan ukuran juga disebabkan oleh kecepatan dan lama pengadukan campuran polimer saat pembuatan
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. KESIMPULAN
1. Kombinasi etil selulosa dan gelatin dapat diformulasikan menjadi membran hidrogel berpori dengan metode ice particle leaching menggunakan butiran es sebagai agen pembentuk pori.
2. Karakteristik membran hidrogel berpori yang dihasilkan dari ketiga formulasi dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
a. Hasil analisis organoleptik membran hidrogel menghasilkan tingkat kehalusan yang paling tinggi yaitu F3, sedangkan yang paling elastis adalah F1.
b. Hasil persen age swelling paling besar terdapat pada F1 dengan perbandingan komposisi etil selulosa : gelatin (1:1) yakni sebesar 23,73 ± 9,20%.
c. Nilai weight loss t=15 menit pada F2 memiliki nilai paling kecil sebesar 0,45 ± 0,01. Weight loss t=30 menit pada F1 memiliki nilai paling kecil sebesar 0,82 ± 0,05.
e. Struktur morfologi pada formula 3 yang diamati menggunakan SEM menggambarkan bentuk pori paling besar dengan ukuran 2,830 μm pada perbesaran 3.000 kali.
B. SARAN
1. Perlu dilakukan reformulasi lebih lanjut dan eksplorasi jenis material lain untuk menghasilkan membran hidrogel berpori dengan karakteristik fisik-mekanik yang baik.
DAFTAR PUSTAKA
Abidin, Trimurni, 2007, Inovasi Perawatan Konservasi Gigi Melalui Teknologi Tissue Engineering, Pidato Pengukuhan Jabatan Guru Besar Tetap Bidang Ilmu Konservasi Gigi Fakultas Kedokteran Gigi Universitas Sumatera Utara, Medan, 4-13
Amiruldin, M., 2007. Pembuatan dan Analisis Karakteristik Gelatin dari Kulit Ikan Tuna (Thunnus albacares). Fakultas Teknologi Pertanian. Institut Pertanian Bogor.
Angeline, R., Lannie H., 2011. Optimization of Formula Sustained Release Captopril Using Combination Polymer System HPMC K4M and Guar Gum. Jurnal Kesehatan Sain Med. Fakultas Farmasi Universitas
Katolik Widya Mandala. Surabaya.
Annabi N, M.S., Jason W. Nichol., Xia Zhong, M.S., Chengdong Ji., Sandeep Koshy., Ali Khademhosseini., Fariba Dehghani., 2010, Controlling the
Porosity and Microarchitecture of Hydrogels for Tissue Engineering.,
18,4,
Arvanitoyannis I.E, Psomiadou A, Nakayama S, Aiba dan N. Yamamoto. 1997. Edible film made from gelatin, soluble starch and polyols, Part 3. Int. J. Food Chem. 60(4), p593-604.
Bestebroer, S.I., Kho, S.L., Leeuwenburg, S., 2007, Development of a gelatin-apatite nanocomposite for bone-subtituting purposes. Research Report
“block 390”, Dental Departement, Radbourd University Nijmegen Medical Center, Departement of Periodontology and Biomaterials: 3-17.
Chandel., Rajumari., K. Ankita, 2013, Polymer A Boon To Controlled Drug Delivery System, vol.4, p 5
Chang, C.H., Liu, H.C., Lin, C.C., Chou, C.H., Lin, F.H., 2003, Gelatin chondroitin–hyaluronan tri-copolymer scaffold for cartilage tissue engineering, Biomaterials 24, p4853–4858.
Chiono V, Tonda-Turo C, Ciardelli G., 2009, Chapter 9: Artificial scaffolds for peripheral nerve reconstruction, 87, p173-98.
Cocco A., Masin S.,C., 2010, The Law of Elasticity. University of Padua, Italy, 31, 647-657
Dhirisma, F. 2014. Formulasi Membran Hidrogel Berpori Berbasis Kombinasi HPMC (Hydroxy Propyl Methyl Cellulose) Dan Gelatin Dengan Metode
Gas Foaming Serta Penetapan Karakteristik Fisik–Mekanik. FKIK.
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Yogyakarta
Dutta, J. 2012. Synthesis and Characterization of γ-irradiated PVA/PEG/CaCl2 Hydrogel for Wound Dressing. Department of Chemistry, Disha Institute of Management and Technology, Satya Vihar, India
El Fray, M., Pilaszkiewicz, A., Swieszkowski, W. & Kurzydlowski, K. J. (2007) Morphology assessment of chemically modified cryostructured poly(vinyl alcohol) hydrogel. European Polymer Journal 43, 2035-2040.
Fathi, Ali., Barnard, M., Ravarian R., Dehghani, F., 2006. Fabrication of Porous Chitosan/Bioactive Glass Hydrogels in an Aqueous Media Using CO2 as a Gas Foaming AgentSchool of Chemical and Biomolecular Engineering, The University of Sydney, Sydney
Fatimi, A., Tassin, J-F., Turczyn, R., Axelos, M.AV., dan Weiss, P, 2 Gelation Studies of a cellulose-based biohydrogel: the influence of pH, temperature and sterilization, Acta Biomater, 5(9), p3423-3432
Fernandes LL, Resende XC, Tavares SD, Soares AG, 2011, Cytocompatibility Of Chitosan And Collagen-Chitosan Scaffolds For Tissue Engineering, Polimeros, Vol 21, p 1-6.
Ganji F, Vasheghani-Farahani S dan Vasheghani-Farahani E, 2010, “Theoretical
Description of Hydrogel Swelling: A Review”, Iranian Polymer Journal 19 (5), 2010, p375-398.
Gualandi C. Porous Polymeric Bioresorbable Scaffold for Tissue Engineering. Springer Theses 2011:1-30.
Murtaza, 2012, Ethyl Cellulose Microparticles: A Review, vol. 69, no.1, pp. 11-22 Gilson K., M.S. Ktm., H.B. Lee, 2006, A Manual for Biomaterials Scaffold
Fabrication Technology, vol 4
Gurdag, G and Shokat Sarmad. 2013. Cellulose Graft Copolymers: Synthesis, Properties, and Applications. Department of Chemical Engineering, Istanbul University, Istanbul, Turkey
Hoffman, A.S., 2002. Hydrogels for biomedical Application, Advanced Drug Delivery Review, 54 : 3-12
International ASM, 2004, Introduction to Tensile Testing, Second Edition, Materials Park, Ohio, USA
Jacquemoud, C., Bruyere-Garnier, K. Dan Coret, M, 2007, Methodology to determine failure characteristics of planar soft tissues using a dynamic tensile test, Journal of Biomechanics 40(2), p468-475.
Junianto K, Haetami dan I. Maulina, 2006. Produksi gelatin dari tulang ikan dan pemanfaatannya sebagai bahan dasar pembuatan cangkang kapsul. Laporan Penelitian Hibah Bersaing IV Tahun I. Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan Universitas Padjadjaran.
Kailas, Satish., 2012. Mechanical Properties of Metals. Indian Institute of Science, Bangalore, India
Kang, H. G., S. Y. Kim, and Y. M. Lee, 2006, Novel porous gelatin scaffolds by overrun/particle leaching process for tissue engineering applications,
Kulvanich P, Leesawat P and Patomchaiviwat V (2002). Release characteristics of the matrices prepared from co-spray-dried powders of theophylline and
ethylcellulose. Drug Dev. Ind. Pharm., 6:727-739.
Kumbar, S.G., Laurencin, C.T., 2011, Natural Polymer-Based Porous Orthopedic Fixation Screw for Bone Repair and Regeneration, 20110208190.
Lanza, R., Langer, R., dan Vacanti, J. P., 2007, Principles of Tissue engineering, Third Edition pp. 920–926.
Ligia L. FernandesI; Cristiane X. ResendeI; Débora S. TavaresI; Gloria A. SoaresI,*; Letícia O. CastroII; Jose M. GranjeiroII Cytocompatibility of chitosan and collagen-chitosan scaffolds for tissue engineering. 2011, Polímeros vol.21 no.1 São Carlos
Lutolf, M. P., Lauer-Fields, J. L., Schmoekel, H. G., Metters, A. T., Weber, F. E., Fields, G. B., and Hubbell, J. A., 2003. Synthetic matrix metalloproteinase- sensitive hydrogels for the conduction of tissue regeneration: engineering cell-invasion characteristics, Proc. Natl Acad. Sci. USA, 100, 5413 – 5418 Porous Scaffolds With Improved Biostability For Skin Tissue
Engineering. Biomaterials 24: 4833-4841.
Mohsen A, M. A, Aly, A.S., Hrdina, R., Montaser, A.S. and Hebeish, A.,2011. Eco-Synthesis of PVA/Chitosan Hydrogels for Biomedical Application J Polym Environ, 19 : 1005-102
Muyonga J. H, C.G. B dan K.G. Doudu, 2004. Extraction and hysico-chemical characterisation of Nile perch (Lates niloticus) skin and bone gelatin. Food Hydrocolloids. Vol. 18, p581-592.
Pal, K., Banthia, A.K., dan Majumdar, K., 2006, “Polymeric Hydrogels: Characterization and Biomedical Application – A mini review”, Designed Monomers and Polymers 12, p197-220.
Pal, K., S. Roy, B. Prabhakar, K. Pramanik, and A. Anis, 2009, Polymers in Mucoadhesive Drug Delivery System: A Brief Note, Design Monomers and Polymers, vol. 12, 487-488.
Peter X.Ma, Jennifer Elisseeff 2006, Scaffolding In Tissue Engineering, CRC Press, Taylor And Francis Group, USA
Pettersson, S., 2009, Biodegradable gelatin microcarriers in tissue engineering: In vitro studies on cartilage and bone, LiU-Tryck, Linköping, Sweden.
Pranoto, Y., Chong Min Lee., Hyun JP., 2006, Characterizations of Fish Gelatin Films Added with Gellan and K-carrageenan, 38(8), 888
Karakteristik Fisik-Mekanik. Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. Yogyakarta
Rohaeti E, 2009, Karakterisasi Biodegradasi Polimer, Kimia FMIPA, Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta
Rowe R.C, Sheskey P.J, Quinn M.E, 2009, Handbook of Pharmaceutical Excipients 6th edition, Pharmaceutical Press and American Pharmacists Association, p159-161.
Schacht, E.H., 2004. Polymer chemistry and hydrogel systems. Department of Organic Chemistry, Belgium
Schlogl, W., 2012, Development of Advanced Biomaterials for Bone Tissue Engineering, Fakultät für Chemie und Pharmazie der Ludwig-Maximilians-Universität München, Deutschland
Seitz, H., Matthias, S., Drosse, I., Seitz, S., dan Mutschler, W., 2006, Biomaterials as Scaffold for Bone Tissue Engineering, European Journal of Trauma No. 2.
Shokri, J., Adibkia, K. 2013. Application of Cellulose and Cellulose Derivatives in Pharmaceutical Industries. University of India.
Soekarto, Soewarno T., (1990), Penilaian Organoleptik, untuk Industri Pangan dan Hasil Pertanian, PUSBANGTEPA / Food Technology Development Center, Institut Pertanian Bogor.
Subia, B., Kundu, J., Kundu, S.C,. 2010. Biomaterial scaffold fabrication techniques for potential tissue engineering applications Department of Biotechnology, Indian Institute of Technology,Kharagpur, India.
Syed K.H. Gulrez, Saphwan Al-Assaf and Gyln O Philips 2011, Method s of Preparation, Characterisation and Applications. Intech
Yoon DM, Fischer JP. 2007. Polymeric scaffolds for tissue engineering applications. CRC Press/Taylor & Francis Group, Boca Raton : 1-18.
Young, Wong M. Tabata Y. Mikos AG., 2005. Gelatin as a delivery vehicle for the controlled release of bioactive molecules. (1-3): 256-74
Wahyuni, S (2001), Mempelajari Karakteristik Fisik dan Kimia Edible Film
Gelatin Tulang Domba dengan Plasticizer Gliserol”,Skripsi Jurusan Ilmu
Produksi Ternak Fak.Peternakan,IPB.
Lampiran 1. Data Perhitungan volume gliserin, volume metil paraben dan propil paraben
Perhitungan volume gliserin :
Gliserin 5% b/b teknik 5 gram gliserin dalam 100 gram. Total hidrogel 6 gram
� =
���� ����
100 x = 30
x = 0,3 gram setara dengan 0,3 ml
jadi volume gliserin yang dibutuhkan adalah
jika 1 ml = 20 tetes, maka 0,3 ml x 20 tetes = 6 tetes gliserin.
Perhitungan metil dan propil paraben
0,1 % metil dan propil paraben untuk berat total hidrogel
,
x 6000 mg = 6 mg, sehingga masing-masing diambil 3 mg.
Lampiran 2. Perhitungan persen Age Swelling dan Weight Loss Tabel 9. Data Perhitungan Persen Age Swelling
No FI F2 F3
1 Wd 101,2 107,6 80,3
Ws 128,5 132,9 86,5
26,732 23,513 7,721
2 Wd 97,7 106,5 71,7
Ws 110,6 127,3 74
13,402 19,530 3,207
Ws 135,4 120,6 77,4
31,067 15,738 4,736
Avr 23,734 19,594 5,221
SD 9,206 3,887 2,295
%CV 38,790 19,839 43,960
Perhitungan : % S = ((Ws – Wd) / Wd) x 100 %S = presentase membran untuk mengembang Ws = berat kering sampel setelah direndam (gram) Wd = berat kering sampel sebelum direndam (gram)
Tabel 10. Data Perhitungan Rasio Weight Loss 15 menit
No F1 F2 F3
1 Wd 91,7 89,3 71,8
Wd 3 hari 55,6 49,8 20,6
0,393 0,442 0,713
2 Wd 94,1 93,3 66,8
Wd 3 hari 32,5 50,2 24,8
0,654 0,461 0,628
3 Wd 88,6 94,7 70,1
Wd 3 hari 37,8 50,9 13,4
0,573 0,462 0,808
Avr 0,540 0,455 0,716
SD 0,133 0,011 0,090
%CV 24,702 2,522 12,569
Weight Loss = (Wd,t=0 – Wd,t=n) Wd,t=0
Wd t=0= berat kering membran hidrogel pada saat t=0
Wd t=n = berat kering membran hidrogel pada t= 15 menit setelah dikeringkan selama 3 hari
Tabel 11. Data Perhitungan Rasio Weight Loss 30 menit
No F1 F2 F3
1 Wd 91,7 89,3 71,8
0,888 0,951 0,972
2 Wd 94,1 93,3 66,8
Wd 3 hari 19,6 3,7 4,2
0,791711 0,960 0,937
3 Wd 88,6 94,7 70,1
Wd 3 hari 17,8 15,3 9,5
0,799 0,838 0,864
Avr 0,826 0,916 0,924
SD 0,054 0,068 0,054
%CV 6,536 7,423 5,939
Weight Loss = (Wd,t=0 – Wd,t=n) Wd,t=0
Wd t=0= berat kering membran hidrogel pada saat t=0
Wd t=n = berat kering membran hidrogel pada t= 15 menit setelah dikeringkan selama 3 hari
Tabel 12. Hasil Uji Koefesisien Elastisitas (k)
No F1 F2 F3
Konversi perhitungan dari g/mm menjadi N/m yaitu : N/m = (massa x gravitasi) x 10-3
Tabel 14. Hasil Pengukuran Konstanta Elastisitas (k)
No F1 (N/m) F2 (N/m) F3 (N/m)
1 43512 27636 53312
2 74872 49000 73108
3 59290 68796 34300
Avr 59224,666 48477,333 53573,333
SD 15680,102 20584,977 19405,319
%CV 26,475 42,463 36,221
Lampiran 4. Perhitungan Pengukuran Ultimate Tensile Strength (UTS) Tabel 15. Hasil Perhitungan Gaya Putus
No Sampel Massa (kg) Gaya Putus (N) Keterangan
Ultimate Tensile Strength (UTS) adalah beban bahan dibagi luas penampang bahan (N/m2)
