SINTESIS
POLIMER
THERMOSENSITIVE
PNIPA
DENGAN
POLIMERISASI RADIASI SEBAGAI SUMBER RADIASI UNTUK
TERAPI
Rohadi Awaludin, Herlina dan Abidin
Pusat Radioisotop dan Radiofarmaka (PRR), Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang Selatan, Telp/fax 021-7563141
ABSTRAK
SINTESIS POLIMER THERMOSENSITIVE PNIPA DENGAN POLIMERISASI RADIASI SEBAGAI SUMBER RADIASI UNTUK TERAPI. Polimer thermosensitive merupakan material baru yang berpotensi untuk diaplikasikan pada pembuatan sumber radiasi terapi untuk brakhiterapi. Sintesis polimer thermosensitive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPA) menggunakan polimerisasi radiasi telah dilakukan. Tujuan dari kegiatan ini adalah mendapatkan PNIPA sebagai bahan dasar sumber radiasi terapi. Larutan NIPA dengan konsentrasi 10% diiradiasi menggunakan radiasi gamma dengan dosis 2, 4 dan 6 kGy. Dari hasil pengamatan visual diketahui bahwa larutan polimer yang diperoleh menunjukkan perubahan sifat pada temperatur 35ºC. Hasil pengukuran viskositas menunjukkan bahwa terjadi perubahan viskositas pada temperatur 30 – 35ºC. Viskositas larutan mengalami kenaikan seiring dengan kenaikan konsentrasi. Konsentrasi maksimum larutan sebesar 0,5%. Hasil pengukuran dengan FTIR menunjukkan bahwa polimer hasil sintesis memberikan puncak-puncak serapan infra merah yang hampir sama dengan PNIPA yang telah dilaporkan sebelumnya (Craciunescu, 2009).
Kata kunci: polimer thermosensitive, polimerisasi radiasi, brakhiterapi.
ABSTRACT
SYNTHESIS OF THERMOSENSITIVE POLYMER PNIPA BY RADIATION POLYMERIZATION FOR THERAPEUTIC RADIATION SOURCE. Thermosensitive polymer is a new material that is potentially applied in the preparation of therapeutic radiation sources for brachytherapy. Synthesis of poly (N -isopropylacrylamide) (PNIPA) by radiation polymerization has been carried out. NIPA solution with concentration of 10% was irradiated by gamma irradiation with radiation dose of 2, 4 and 6 kGy. The objective was to obtain PNIPA for the base-material of therapeutic radiation source. Visual observations indicated that the polymer solution showed different properties at 35ºC. Viscosity measurement showed that there was a change of viscosity at temperatures of 30 - 35ºC. Viscosity of the solution increased with the increase of concentration. The maximum concentration of the polymer solution was 0.5%. FTIR spectrum showed that infrared absorption peaks of the synthesized polymer were almost the same as PNIPA peaks reported before (Craciunescu, 2009).
Keywords: thermosensitive polymer, radiation polymerization, brachytherapy
PENDAHULUAN
enelitian dan pengembangan material maju terus menunjukkan kemajuan yang pesat. Berbagai jenis material baru dengan karakteristik yang unik telah berhasil disintesis. Diantaranya adalah polimer thermosensitive yang menunjukkan perubahan sifat seiring dengan perubahan temperatur. Salah satu polimer tersebut adalah poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPA). Polimer ini di dalam air memiliki temperatur transisi (lower critical solution temperature, LCST) sekitar 33°C. Struktur dan sifat sifat dasar dari PNIPA dan turunannya telah menarik berbagai pihak untuk menelitinya[1-5]. Polimer dengan temperatur transisi sedikit di bawah temperatur tubuh ini telah dikembangkan dalam drug delivery system[6], terapi kanker[7], hidrogel[8] serta berbagai bentuk bioengineering
seperti enzyme immobilization dan protein dehydration process [9].
PNIPA memiliki potensi untuk dikembangkan sebagai bahan dasar pada pembuatan sumber radiasi untuk brakhiterapi. Brakhiterapi menggunakan sumber radiasi implant seed iodium-125 (I-iodium-125) telah terbukti efektif untuk terapi kanker prostat[10-13] dan telah dikembangkan pula untuk penanganan kanker otak[14] serta kanker payudara[15]. Sumber radiasi berupa PNIPA bertanda iodium-125 memiliki peluang untuk berfungsi seperti implant seed dengan kelebihan berupa kemudahan dalam penanaman. Saat ini, implant seed ditanam ke dalam jaringan kanker menggunakan sebuah aplikator. Berbeda dengan implant seed, sumber radiasi terapi berbasis PNIPA akan dengan mudah ditanamkan ke dalam jaringan kanker karena berupa larutan pada suhu kamar dan
menjadi padatan setelah masuk ke dalam jaringan kanker di dalam tubuh. Jadi, sumber radiasi berbasis PNIPA menawarkan kemudahan dalam penanaman dibandingkan dengan implant seed yang telah digunakan saat ini.
Radioisotop iodium-125 telah berhasil dibuat[16]. Oleh sebab itu, upaya selanjutnya adalah mendapatkan polimer thermosensitive yang memiliki karakteristik yang sesuai sebagai pembawa radioisotop iodium-125. Polimer tersebut harus memiliki temperatur transisi di bawah suhu tubuh sehingga menjadi padat pada suhu tubuh. Selain itu, larutan polimer tersebut harus memiliki fluiditas yang baik, dapat disuntikkan dengan mudah ke dalam jaringan kanker dengan konsentrasi yang tinggi. Ada beberapa metode polimerisasi, diantaranya adalah polimerisasi radiasi. Pada metode ini tidak digunakan zat tambahan sehingga polimer yang terbentuk memiliki kemurnian yang tinggi. Tujuan dari kegiatan ini adalah mendapatkan gambaran sifat PNIPA yang diperoleh melalui polimerisasi radiasi.
TATA KERJA
Pada penelitian ini, larutan NIPA (Merck) dalam air dengan konsentrasi 10% sebanyak 10 ml diiradiasi dengan radiasi gamma. Sebelumnya pernah dilaporkan bahwa polimerisasi radiasi efektif mulai dosis radiasi sebesar 3 kGy [17]. Pada penelitian ini, iradiasi diberikan dengan dosis sebesar 2, 4 dan 6 kGy. Iradiasi dilakukan menggunakan iradiator gamma PATIR – BATAN.
Larutan polimer hasil iradiasi dipanaskan sampai temperatur 40°C untuk melihat perubahan yang terjadi. Untuk mengetahui perubahan sifat polimer seiring dengan perubahan suhu, viskositas larutan PNIPA diukur pada suhu 20, 25, 30, 33, 35, 37 dan 40ºC. Pengukuran dilakukan terhadap larutan dengan konsentrasi 0,1; 0,3 dan 0,5%. PNIPA dengan konsentrasi lebih dari 0,5% tidak dapat larut dengan sempurna ke dalam air. Pengukuran dilakukan menggunakan viskometer kapiler tipe ubbelohde (Schott-Gerate) dengan konstanta 0,8996 mm2/s2. PNIPA hasil iradiasi dianalisis menggunakan FTIR tipe Jusco 410. Posisi puncak puncak serapan infra merah yang diperoleh dibandingkan dengan pola serapan infra merah dari pustaka.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil iradiasi terhadap larutan NIPA 10% ditunjukkan pada gambar 1. Pada gambar tersebut ditunjukkan PNIPA hasil iradiasi pada suhu 20, 30, 35 dan 40°C. Pada gambar tersebut diketahui bahwa pada suhu 20 dan 30°C, PNIPA dalam keadaan jernih, sedang pada suhu 35 dan 40°C, PNIPA berwarna putih.
Gambar 1. Larutan PNIPA hasil iradiasi dengan dosis 2, 4 dan 6 kGy. Larutan PNIPA dalam kondisi jernih/bening pada suhu 20°C (a) dan 30°C (b), serta menjadi putih pada suhu 35°C (c) dan 40°C (d). PNIPA hasil iradiasi selanjutnya dikeluarkan dari vial. Wujud PNIPA dengan konsentrasi 10% hasil iradiasi ditunjukkan pada gambar 2. Larutan PNIPA sangat kental dan tidak dapat mengalir. Dalam kondisi seperti ini, PNIPA tidak dapat digunakan sebagai bahan dasar sumber radiasi karena harus dapat disuntikkan ke dalam jaringan kanker menggunakan jarum suntik.
Gambar 2. PNIPA hasil iradiasi NIPA 10% dengan dosis 2 kGy.
PNIPA dengan dosis iradiasi terendah yaitu 2 kGy diencerkan sampai dengan larut sempurna. PNIPA hasil iradiasi dapat larut sempurna, tidak ada lagi padatan melayang, setelah diencerkan menjadi konsentrasi 0,5%. Selanjutnya perubahan sifat diamati pada larutan dengan konsentrasi 0,1; 0,3 dan 0,5%. Hasil pengamatan perubahan larutan ditunjukkan pada gambar 3. Pada temperatur 20°C, larutan dalam kondisi jernih. Setelah dipanaskan
pada temperatur 35°C, larutan menjadi keruh. Pada konsentrasi 0,5%, terlihat adanya padatan berwarna putih. Dari hasil ini diketahui bahwa PNIPA hasil iradiasi tidak larut lagi ke dalam air pada suhu 35°C.
Gambar 3. Larutan PNIPA hasil iradiasi dengan konsentrasi 0,1; 0,3 dan 0,5%, pada temperatur 20°C (a) dan temperatur 35°C (b)
Perubahan viskositas larutan PNIPA seiring dengan perubahan suhu ditunjukkan pada Gambar 4. Pada gambar tersebut ditunjukkan bahwa viskositas mengalami penurunan pada temperatur 30°C. Perubahan sangat signifikan terjadi pada larutan dengan konsentrasi 0,5%. Pada suhu 25°C, viskositas kinematik sebesar 12,54 mm2/s. Nilai tersebut menjadi 7,44 mm2/s pada 30°C, 4,76 mm2/s pada 33°C dan menjadi 1,92 mm2/s pada 35°C. Di atas 35°C, viskositas hampir tidak mengalami perubahan lagi.
Viskositas PNIPA hasil iradiasi mengalami kenaikan seiring dengan peningkatan konsentrasi. Viskositas larutan PNIPA seiring dengan konsentrasi ditunjukkan pada gambar 5. Pada gambar tersebut ditunjukkan viskositas pada temperatur 20°C. Pada konsentrasi 0,1% viskositas sebesar 3,45 mm2/s. Nilai tersebut meningkat menjadi 4,63 mm2/s pada konsentrasi 0,3% dan selanjutkan meningkat tajam menjadi 12,61 mm2/s pada konsentrasi 0,5%.
Gambar 4. Perubahan viskositas PNIPA hasil iradiasi seiring dengan temperatur.
Gambar 5. Viskositas larutan seiring dengan kenaikan konsentrasi larutan pada temperatur 20°C.
Tabel 1. Posisi serapan infra merah terhadap PNIPA dari pustaka[8] dan hasil pengukuran PNIPA hasil iradiasi.
Jenis gugus atom
Puncak serapan dari pustaka (cm-1) Puncak serapan hasil pengukuran (cm-1) carbonyl stretching vibration 1650 1651 N–H bending vibration (amide) 1545 1546 C–H vibration of – CH(CH3)2 1385 & 1372 1386 & 1371 N–H stretching Puncak lebar
3440 & 3290
Puncak lebar 3440 & 3288 Hasil pengukuran polimer hasil sintesis menggunakan FTIR ditunjukkan pada Gambar 6. Sebelumnya pernah dilaporkan bahwa PNIPA menunjukkan serapan infra merah pada beberapa posisi seperti ditunjukkan pada Tabel 1[8]. PNIPA menunjukkan serapan infra merah pada 1650 cm-1 (carbonyl stretching), 1545 cm-1 (N-H bending vibration), 1372 cm-1 dan 1385 cm-1 (Vibrasi C-H dari CH(CH3)2 ), puncak lebar pada 3440 cm-1 dan 3290 cm-1 (N-H stretching). Hasil pengukuran terhadap polimer hasil iradiasi menunjukkan adanya
serapan infra merah pada 1651 cm-1 (mendekati carbonyl stretching PNIPA), pada 1546 cm-1 (mendekati serapan infra merah untuk N-H bending vibration) dua puncak pada 1386 cm-1 dan 1371 cm-1 (mendekati puncak C-H vibration) serta dua buah puncak lebar pada sekitar 3440 cm-1 dan 3288
cm-1 (mendekati vibrasi C-H dari CH(CH3)2). Hasil pengukuran FTIR menunjukkan bahwa puncak puncak serapan infra merah PNIPA yang pernah dilaporkan sebelumnya ditemukan pada hasil pengukuran PNIPA hasil iradiasi.
Gambar 6. Hasil pengukuran FTIR terhadap PNIPA hasil iradiasi.
KESIMPULAN
Dari hasil pengamatan visual terhadap larutan polimer PNIPA hasil iradiasi diketahui bahwa larutan menunjukkan perubahan sifat pada temperatur 35ºC. Konsentrasi maksimum larutan PNIPA hasil iradiasi sebesar 0,5%, polimer tersebut tidak dapat larut secara sempurna di atas konsentrasi tersebut. Hasil pengukuran viskositas larutan menunjukkan bahwa viskositas mengalami penurunan pada temperatur 30 – 35ºC dan hampir tidak berubah di atas 35°C. Pada temperatur 20°C, viskositas larutan mengalami kenaikan seiring dengan kenaikan konsentrasi. Hasil pengukuran dengan FTIR menunjukkan bahwa polimer hasil iradiasi memberikan puncak-puncak serapan infra merah yang hampir sama dengan puncak serapan dari PNIPA yang telah dilaporkan sebelumnya.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bp. Cahya dari PATIR-BATAN atas bantuannya dalam iradiasi NIPA serta Bp. Cecep T. Rustendi dari PRR-BATAN atas bantuannya dalam pengukuran FTIR.
DAFTAR PUSTAKA
1. MOTOKAWA, R., ANNAKA, M., NAKAHIRA, T., KOIZUMI, K., Small-angle neutron scattering study on microstructure of
poly(N-isopropylacrylamide)-block-poly(ethylene glycol) in water, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 38 (3), 2002, 213-219.
2. IKEHATA, A., USHIKI, H., Effect of salt on the elastic modulus of poly(N-isopropylacrylamide) gels, Polymer, 43 (7), 2002, 2089-2094
3. XUE, W., HAMLEY, I.W., Thermoreversible swelling behaviour of hydrogels based on N-isopropylacrylamide with a hydrophobic comonomer, Polymer, 2002, 43 (10), 2004, 3069-3077.
4. LORENZO, C.A., CONCHEIRO, A., DUBOVIK, A.S., GRINBERG, N.V., Temperature-sensitive chitosan-poly(N-isopropylacrylamide) interpenetrated networks with enhanced loading capacity and controlled release properties, Journal of Controlled Release, 102 (3), 2005, 629-641.
5. SOGA, O., Biodegradable thermosensitive polymers: synthesis, characterization and drug
delivery applications, Doctoral Thesis, Utrecht University, Netherland, 2006.
6. COUGHLAN, D.C., Corrigan, O.I. Drug– polymer interactions and their effect on thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide) drug delivery systems, International Journal of Pharmaceutics, 313(1), 2006, 163-174
7. ANG, K.L., VENKATRAMAN, S., RAMANUJAN, R.V. Magnetic PNIPA hydrogels for hyperthermia applications in cancer therapy, Materials Science and Engineering, 27(3), 2007, 347-351.
8. CRACIUNESCU, I., TURCU, R., KACSO, I., BRATU, I., LEOSTEAN, C. AND VEKAS, L. Synthesis, characterization and drug delivery application of the temperature responsive PNIPA hydrogel, Journal of Physics, 182, 2009, 1-4.
9. RZAEV, Z., DINCER, S., PISKIN, E. Functional copolymers of N-isopropylacrylamide for bioengineering applications, Progress in Polymer Science, 32 (5), 2007, 534-595
10. ANTIPAS, V., DALE, R.G., COLES, I.P., A theoretical investigation into the role of tumour radiosensitivity, clonogen repopulation, tumour shrinkage and radionuclide RBE in permanent brachytherapy implants of I-125 and Pd-103, Physics in Medicine and Biology, 46, 2001, 2557-2569.
11. THOMAS, C.W., KRUK, A., MCGAHAN, C.E., SPADINGER, I., MORRIS, W.J., Prostate brachytherapy post-implant dosimetry: a comparison between higher and lower source density, Radiother Oncol., 83(1), 2007, 18-24. 12. DOYEN, J., CHAMOREY, E., MOHAMMED,
A.A., GINOT, A., FERRE, M., CASTELLI, J., QUINTENS, H., AMIEL, J., HANNOUN, J.M., Iodine-125 prostate brachytherapy: prognostic factors for long-term urinary, digestive and sexual toxicities, Cancer Radiotherapy., 13(8), 2009, 721-730.
13. HENRY, A.M., GOULD, K., BOWNES, P., SMITH, J., CAREY, B., BOTTOMLEY, D., ASH, D. Outcomes following iodine-125 monotherapy for localized prostate cancer: the results of leeds 10-year single-center
brachytherapy experience, Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 76(1), 2010, 50-56.
14. DAGNEW, E., KANSKI, J., MCDERMOTT, M.W., SNEED, P.K., MCPHERSON, C., BRENEMAN, J.C., WARNICK, R.E. Management of newly diagnosed single brain metastasis using resection and permanent iodine-125 seeds without initial whole-brain radiotherapy: a two institution experience, Neurosurg. Focus., 22(3), 2007.
15. RIET, Y.E., MAASKANT, A.J., CREEMERS, G.J., VAN WARMERDAM, L.J., JANSEN, F.H., VAN DE VELDE, C.J., RUTTEN, H.J., NIEUWENHUIJZEN, G.A. Identification of residual breast tumour localization after neo-adjuvant chemotherapy using a radioactive Iodine-125 seed, Eur. J. Surg. Oncol., 36(2), 2010, 164-169.
16. AWALUDIN, R., LUBIS, H., PUJIANTO, A., SUPARMAN, I., SARWONO, D.A., ABIDIN, SRIYONO, Radioaktivitas Iodium-125 pada Uji Produksi Menggunakan Target Xenon-124 Diperkaya, Jurnal Sains dan Teknologi Nuklir Indonesia, 9 (1), 2009, 1-10.
17. MESQUITA, A.C. AND MORI, M.N., Polymerization of vinyl acetate in bulk and emulsion by gamma irradiation, Radiation Physics and Chemistry, 71, 2004, 251–254.
TANYAJAWAB
Damunir
Untuk mengetahui polimerisasi PNIP yang bapak lakukan dengan radiasi selain dari FTIR sifat kelekatan dari SEM dan sifat swellingnya. Kenapa disini tidak dilakukan? Jelaskan.
Rohadi A.
Karakterisasi belum selesai dilakukan, termasuk direncanakan karakterisasi dengan NMR
Untuk SEM kami sedang mengusahakan
