BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pembalut Luka
Pembalut luka biasanya dipakai untuk mempercepat berbagai tahap penyembuhan luka dan dapat menciptakan kondisi yang lebih baik untuk penyembuhan. Pembalut luka yang dipilih harus memiliki kriteria antara lain dapat mengatur kelembaban luka, membantu penyembuhan luka (bukan merusak jaringan kulit), membantu sirkulasi udara dari jaringan luka dan lingkungan sekitar, mudah untuk diaplikasikan dan dilepas setelah penggunaan dan harus steril, tidak toksik serta tidak menimbulkan alergi (Selvaraj et al., 2015). Karena itu, hidrogel yang memiliki kekuatan mekanik yang lebih baik diharapkan dapat dipakai menjadi pembalut luka yang berkualitas.
Pembalut luka harus memenuhi persyaratan seperti memiliki permeasi uap atau gas yang tinggi. Pembalut luka memiliki beberapa fungsi yaitu, sebagai pelindung fisik luka, mencegah luka terkontaminasi, pengantar obat dan memiliki pertukaran air (cairan) baik untuk menjaga kelembaban luka tanpa menyebabkan kehilangan cairan yang berlebih (Ambyah S., 2014). Suatu pembalut luka harus mempunyai persyaratan dapat ditembus oleh gas (oksigen) dan uap air, agar terjadi aerasi dan penguapan air untuk mempercepat proses penyembuhan luka (D. Darwis, 2013).
Tabel 2.1 Tipe Pembalut Luka dan Indikasi Penggunaan
No
Jenis Pembalut
Luka
Contoh
Produk Deskripsi
Indikasi Penggunaan
Tingkat Aplikasi
(%)
1 Films Tegaderm, Blister, Poly skin II, Silon-TSR, Opsite, Aluderm
Films disintesis dari poliuretan atau dari material polimer lainnya
-Luka superfisial -Luka laser -Luka operasi -Kulit yang
terkelupas
8
2 Foams Flexzan, Biopatch, Crafoams,
Foams disintesis dari foam (busa) hidrofilik dan
- Luka kronis - Luka bakar - Luka operasi
Biatain, Cutinova, Reston, Lyofoam, Ivalon backing (penyokong) hidrofobik atau semi-permeabel dengan membran non-absorben, Contoh: polioksietilen glikol dikelilingi poliuretan atau silikon atau poliester Mohs - Luka laser
3 Hidrogel Cultinova
Gel, Biolex, TegaGel, Carrasyn, NuGel, 2nd Skin Flexderm, Exu Dry Dressing, CarraSorb, GRX wound Gel Hidrogel disintesis dari polimer hidrofilik terikat silang, Contoh: polivinil alkohol, polivinil pirolidon, polietilen oksida - Kemoterapi - Ulkus - Laser - Luka dengan
ketebalan rata-rata
- Luka daerah donor dan organ buatan
43
4 Alginat AlgiSite,
AlgiDerm, Sorbsan, Kaltostat, Omiderm
Alginat disintesis dari alginat alga natrium dengan larutan garam Ca, Mg atau Zn yang terikat silang secara kimia
- Luka bakar - Luka operasi - Luka dengan eksudat tinggi - Ulkus kronis
20
5 Hidrokoloid Iodosorb (Cadexomer) , Debrisan (Dextranome r), Sorbex, Duoderm Hidrokoloid disintesis dengan imobomilisasi iodin ke pati termodifikasi yang larut dalam air, gel
- Ulkus kronis - Luka bakar - Luka dengan
ketebalan rata-rata
- Luka daerah
(polymer blend)
terbentuk dengan pergantian iodin diantara material polimer dan cairan luka
donor
(Sumber: Elbadawy et al. (2017))
Kandungan air yang tinggi dalam hidrogel (70-90%) sebagai pembalut luka membantu granulasi jaringan dan epitelium dalam kondisi yang lembab. Sifat fisik hidrogel yang lembut dan elastis membuat hidrogel mudah diaplikasikan dan dilepaskan setelah luka sembuh tanpa menimbulkan kerusakan pada luka. Suhu luka juga dapat turun karena efek dingin dari hidrogel. Pembalut luka hidrogel memiliki sifat tidak menyebabkan iritasi, tidak reaktif terhadap jaringan biologis dan permeable (Selvaraj et al., 2015). Adanya kemampuan hidrogel mengabsorbsi air dapat diaplikasikan pada pemakaian sebagai pembalut luka untuk mengabsorbsi cairan luka. Hidrogel dikategorikan sebagai medium absorben karena itu dapat diaplikasi pada luka dengan eksudat luka yang ringan hingga sedang (D. Darwis, 2013).
Pada beberapa akhir tahun ini, perhatian yang sangat besar telah difokuskan pada penelitian dan pengembangan polimer hidrogel sebagai biomaterial seperti untuk kontak lensa, pembalut luka dan sistem pengantar obat (F. Yoshii et al, 1999). Pembalut hidrogel terdiri dari polimer yang tidak larut dengan kandungan air yang tinggi yang membuatnya menjadi ideal sebagai pembalut luka untuk menfasilitasi penghilangan bekas penyembuhan luka (T. Abdelrahman & H. Newton, 2011).
2.2 Hidrogel
Hidrogel adalah jaringan polimer hidrofilik terikat silang yang memiliki kapasitas mengembang (swelling) dengan menyerap air atau cairan biologis, namun tidak larut karena adanya ikatan silang (Hassan dan Peppas, 2000). Beberapa bahan jika diletakkan bersama air dalam jumlah berlebih mampu memelar (to swell) secara cepat dan mempertahankan air dalam jumlah cukup besar dalam struktur pemelaran. Bahan tidak larut dalam air dan mempertahankan struktur jaringan tiga dimensi. Struktur ikatan silang dapat berupa ikatan kovalen atau ionik. Sifat tidak larut hidrogel disebabkan oleh adanya ikatan silang antar rantai molekul polimer, sedangkan sifat dapat menyerap air dan menggembung disebabkan oleh adanya gugus fungsi seperti -OH,-COOH,-CONH2, -CONH, dan -S03H (D. Darwis, 2013).
Hidrogel termasuk salah satu material polimer yang relatif masih baru dan banyak digunakan pada berbagai bidang khususnya material biomedis, farmasi, obat-obatan dan pertanian. Salah satu dari biomaterial yang sangat menjanjikan adalah hidrogel. Istilah biomaterial biasanya digunakan untuk material yang dipakai dalam keperluan biomedis. Selama lebih dari puluhan tahun hidrogel telah digunakan pada berbagai aplikasi medis seperti pengantar obat, pembalut luka dan kontak lensa (F. Yoshii et al., 1999).
Hidrogel mempunyai kemampuan menyerap air dan menahannya dari puluhan persen sampai ribuan persen dari berat keringnya didalam ruang antara rantai polimer. Hidrogel bisa stabil secara kimia atau bisa juga terdegradasi yang pada akhirnya terdisintegrasi dan larut (Haryanto, 2016).
Dalam Rachel et al. (2015), hidrogel merupakan material yang penyusun utamanya adalah polimer hidrofilik jaringan tiga dimensi dengan ikatan silang (crosslinking) sehingga memiliki sifat yang unik yaitu, memiliki kandungan air yang tinggi, biokompatibilitas dan fleksibilitas yang baik dan memiliki potensi yang tinggi untuk aplikasi pengantar obat topikal atau transdermal.
belitan molekuler dan atau melalui interaksi ion, ikatan hidrogen atau interaksi hidrofobik. Di dalam hidrogel yang ter-crosslinking secara fisik, pelarutan dicegah dengan adanya interaksi fisik, yang berada diantara rantai polimer yang berbeda (Haryanto, 2015).
2.2.1 Sintesis Hidrogel
Dalam D. Darwis (2013), secara umum ada dua metode yang dapat digunakan untuk mensintesis hidrogel yaitu: metode konvensional dan teknik radiasi. Pada metode konvensional, hidrogel dibuat dengan reaksi polimerisasi dan reaksi ikatan silang monomer hidrofilik dengan bantuan bifungsional atau multifungsional crosslinking agent atau pembentukan ikatan silang polimer larut air dengan reaksi organik khusus yang melibatkan polimer gugus fungsi. Pembuatan hidrogel dengan teknik radiasi dilakukan dengan meradiasi monomer atau polimer larut air dengan sinar gamma atau berkas elektron. Dengan teknik radiasi, tidak diperlukan adanya bahan kimia inisiator atau crosslinking agent.
Hidrogel dapat disintesis secara konvensional melalui beberapa cara yaitu polimerisasi monomer larut air dengan crosslinking agents bifungsional atau multifungsional. Hidrogel juga dapat dibuat dari polimer hidrofilik dengan bantuan crosslinking agents bi- or multifungsional. Ikatan silang rantai pada hidrogel merupakan ikatan kovalen dalam bentuk struktur jaringan tiga dimensi sehingga berat molekul hidrogel cenderung menjadi tidak terhingga (infinity).
Gambar 2.1 Representasi Skematik Struktur Jejaring
Tiga Dimensi Hidrogel
2.2.2 Interaksi Radiasi dengan Polimer
Apabila suatu radiasi pengion mengenai molekul polimer maka akan terjadi reaksi kimia yang pada akhirnya akan terjadi pembentukan ikatan silang
(crosslinking) atau degradasi. Kedua reaksi ini terjadi secara simultan. Namun demikian, rasio terjadinya reaksi ikatan silang atau degradasi tergantung pada struktur kimia polimer, kondisi fisik, dan kondisi iradiasi yang digunakan. Hasil akhir dari reaksi tersebut menentukan apakah suatu polimer bersifat crosslinking
atau degradasi. Bila reaksi ikatan silang lebih dominan daripada reaksi degradasi, maka polimer tersebut bersifat ikatan silang (crosslinking), sebaliknya bila degradasi lebih dominan maka polimer tersebut bersifat degradasi (D. Darwis, 2013).
Gambar 2.2 Skema Sintesis Hidrogel Melalui Crosslinking
Reaksi pembentukan ikatan silang (crosslinking) polimer banyak dimanfaatkan sebagai dasar dalam pembuatan produk biomaterial seperti hidrogel. Dengan adanya struktur ikatan silang pada hidrogel mengakibatkan mempunyai sifat tidak larut dalam air, dapat mengabsorbsi air sehingga menggembung
(swelling) bila berkontak dengan air atau cairan tubuh, tidak dapat ditembus oleh mikroba tetapi permeabel terhadap gas atau uap air, mempunyai sifat mekanik yang cukup serta elastis (D. Darwis, 2013).
2.3 Polietilena Oksida (PEO)
Polietilen oksida (PEO) adalah termasuk polimer yang larut dalam air dengan struktur kimia relatif sangat sederhana, yaitu tersusun dari pengulangan unit: -CH2-CH2-O-.
Gambar 2.3 Struktur Molekul Polietilen Oksida (PEO)
Polietilen oksida adalah kristal yang termasuk termoplastik dan merupakan polimer hidrofilik artinya dapat larut dalam air dengan struktur kimia relatif sangat sederhana, yaitu tersusun dari pengulangan unit: -CH2-CH2-O. Polietilen oksida tersedia secara komersial dalam berbagai macam berat molekul lebih dari satu juta. Berat molekul rendah sampai 150 umumnya berupa polietilen glikol, sedangkan berat molekul yang lebih tinggi dikenal sebagai polietilen oksida, poli oksietilen atau polioksiran. Berbagai jenis polietilen oksida dilihat dari berat molekulnya dibagi menjadi dua, yaitu berat molekul yang rendah berwujud cairan viskos sampai padat seperti lilin sedangkan jika semakin tinngi berupa termoplastik yang dapat dibentuk sesuai cetakan.
PEO bersifat inert terhadap biopolimer (termasuk protein, darah dan jaringan sel), maka PEO dapat digunakan sebagai bahan dasar, terutama dalam bentuk hidrogel untuk pembuatan berbagai jenis alat kedokteran, kesehatan dan termasuk seperti pembalut luka, ‘suture’, lensa kontak, membran dialisis dan alat pelepas obat secara terkontrol. Di samping itu, PEO dapat pula digunakan untuk melapisi beberapa alat kedokteran/ kesehatan yang berhubungan langsung dengan jaringan tubuh dan darah, misalnya kateter dan vaskuler protese. Salah satu cara yang mudah untuk menghasilkan hidrogel PEO ialah dengan mengiradiasi larutan PEO dengan radiasi pengion, baik dengan sinar gamma maupun berkas elektron (Zainudin, 1996).
hidrogel murni memiliki kuat mekanik yang rendah dan sangat mudah pecah/ hancur (F. Yoshii et al., 1999: Haryanto et al., 2014).
2.4 Karboksimetil Selulosa (CMC)
Karboksimetil selulosa (CMC) adalah eter selulosa yang larut dalam air dan
merupakan asam turunan dari selulosa. Karena harga yang murah,
biodegradabilitas dan non toksik, selulosa dan turunannya merupakan biopolimer
yang sering digunakan untuk aplikasi biomedis sebagai aktioksidan, pembalut
luka, sebagai sistem pengantar obat terkontrol dan pembawa sel. CMC juga
memiliki aplikasi yang luas dalam bidang pangan sebagai zat aditif, kosmetik dan
farmasi sebagai pengatur viskositas produk dan stabilizer (S. Nayak, 2014).
Gambar 2.4 Struktur Molekul Karboksimetil Selulosa (CMC)
Radiasi ionisasi adalah metode yang potensial untuk memodifikasi CMC, dimana CMC akan membentuk jaringan tiga dimensi (crosslink) dan membentuk hidrogel dengan berbagai karakteristik sebagai biomaterial, seperti kemampuan menyerap air tinggi, biodegradilitas baik dan tidak berbahaya. Tetapi CMC hidrogel memiliki kuat tarik yang lemah, terutama dalam keadaaan mengembang. Pencampuran 2 polimer diharapkan dapat mengatasi kuat tarik yang lemah untuk menghasilkan hidrogel yang baik sebagai pembalut luka (M. Wang et al., 2007). Oleh karena itu diharapkan co-crosslinking antara PEO dan CMC dengan menggunakan radiasi elektron beam dapat meningkatkan kekuatan mekanik dan densitas crosslinking.
Tabel 2.2 Karakteristik Beberapa Polimer sebagai Pembalut Luka
Jenis Polimer Karakteristik
Kolagen Polimer alami, biokompatibel, kebanyakan berasal dari kulit babi, permeabel yang besar terhadap bakteri dan
mikroorganisme.
Kitosan Polimer alami, antimikroba, bersifat adhesive, antijamur dan permeabilitas oksigen yang sangat baik, diperlukan biaya yang tinggi dan sulit ditangani.
Gelatin Polimer alami, dalam membran berdampak kuat dalam fibroblas dan proliferasi, kebanyakan berasal dari kulit babi. Karboksimetil
Selulosa (CMC)*
Biomaterial, kemampuan menyerap air tinggi, biodegradilitas baik dan tidak berbahaya, murah. Poliuretan Non toksik dan tidak biodegradabel.
Polivinil Pirolidon (PVP)
Larut dalam air dan biokompatibel / biodegradabel, toksisitas rendah,
Polietilen Oksida (PEO)/ Polietilen Glikol (PEG)
Mudah larut dalam air, non toksik, biokompatibilitas/ biodegradabilitas, transparan dan hemat biaya, tidak ada hambatan
untuk proliferasi, mempercepat tingkat dan ukuran penyembuhan luka.
(Sumber: Elbadawy et al. (2017), * M. Wang et al. (2007))
2.5 Analisis Karakteristik Hidrogel
Karakteristik hidrogel yang diukur meliputi fraksi gel, rasio swelling, kecepatan transmisi uap air dan sifat mekanik. Struktur kimia dan morfologinya dianalisis menggunakan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) dan
Scanning Electron Microscope (SEM).
2.5.1 Fraksi Gel
Fraksi gel merupakan ukuran jumlah ikatan silang (crosslink) molekul primer yang terbentuk akibat proses crosslinking dan dinyatakan dalam persen. Fraksi gel merupakan perbandingan berat hidrogel kering sebelum dan sesudah pembilasan. Evaluasi fraksi gel dilakukan dengan merendam basis hidrogel selama 24 jam dalam aquades pada suhu 50°C kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 40°C selama 24 jam untuk melihat fraksi yang masih tersisa. Metode ini merupakan metode gravimetri. Banyaknya fraksi yang tidak terlarut menunjukkan ikatan silang yang terbentuk dari hidrogel (A. Z. Abidin et al., 2012).
2.5.2 Rasio Swelling
setimbang Equilibrium Water Content (EWC). Keduanya menunjukkan daya serap air oleh hidrogel.
2.5.3 Kecepatan Transmisi Uap Air
Laju transmisi uap air diukur dengan cara meletakkan hidrogel dengan ukuran tertentu sebagai tutup sebuah botol yang berisi air. Kemudian sistem botol dan hidrogel tersebut didiamkan pada suhu 37°C dan kelembaban udara ambient selama 12 jam. Laju transmisi uap air menujukkan seberapa banyak air yang mampu dilewatkan lapisan hidrogel (A. Z. Abidin et al., 2012).
2.5.4 Uji Kuat Mekanik
Polimer hidrogel khususnya hidrogel film sebagai bahan pembalut luka memiliki karakteristik salah satunya kuat secara mekanik. Pembalut luka seharusnya mudah untuk digunakan, tidak menimbulkan rasa sakit pada saat dilepas dari luka dan lebih sedikit membutuhkan penggantian pembalut pada saat pemakaian (S. Rajendran & S. C. Anand, 2002). Penentuan kuat mekanik dilakukan dengan menggunakan mesin kuat tarik dengan kecepatan 50mm/ menit pada suhu kamar.
2.5.5 Karakterisasi Struktur Kimia dan Morfologi
Menurut A. Z. Abidin et al. (2012) karakterisasi terhadap hidrogel meliputi struktur dan morfologi hidrogel dapat diuji menggunakan Spektrofotometer Fourier Transform – Infra Red (FT-IR) dan Scanning Electrone Microscope (SEM).
Uji spektroskopi IR dilakukan untuk melihat gugus fungsional. Spektroskopi FT-IR adalah alat untuk mengukur serapan radiasi daerah infra merah pada berbagai panjang gelombang. Secara kualitatif, spektroskopi FT-IR dapat digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsi yang ada dalam struktur molekul. Data yang dihasilkan dari uji spektrum FT-IR adalah puncak-puncak spectrum karakteristik yang digambarkan sebagai kurva transmitansi (%) (A. Ratnawati, 2014).
menyerap air. Luas permukaan kontak yang besar antara hidrogel dan air mengakibatkan tempat interaksi antara gugus hidrofilik dengan air menjadi besar. Menurut A. Z. Abidin et al. (2012), kapasitas absorpsi hidrogel dapat dinaikkan dengan memperbesar luas kontak baik melalui permukaan bergelombang maupun jumlah dan ukuran pori. Hal ini dapat dilakukan baik secara perlakukan fisik maupun secara perlakuan kimia.
Tabel 2.3 Ringkasan Data Analisis Karakteristik Hidrogel dalam Jurnal
Sumber Jenis Polimer Fraksi Gel Rasio Swelling
Kecepatan Transmisi Uap
Air
Kuat Tarik Elongasi
Haryanto et al. (2014)
Polietilena Oksida (PEO) –
Polietilena Glikol Diakrilat (PEGDA) 78% (10% PEGDA) 310% (10%
PEGDA) 19 g/m 2
jam 0,48 MPa (10%
PEGDA) -D. Darwis (2013) Polivinil Pirolidon (PVP) – Polietilena Glikol (PEG)
95% 160% (24 jam) 147 g/m2jam -
-A. Z. Abidin et al. (2012)
Polivinil Alkohol (PVA) - Bentonit
94,48% (15% Bentonit)
52,17% (15% Bentonit)
34,42 g/m2jam (15% Bentonit)
3,48 MPa (15%
Bentonit)
-Erizal & T. Wikanta (2011)
Polietilena Oksida (PEO) –
Chitosan
85% (1%
Chitosan) 10 g/g - - 145%
M. Kokabi et al. (2007)
Polivinil Alkohol
(PVA) - Clay 85% (10% Clay) 370% 36 – 56 g/m 2
jam - 860%
M. Wang et al. (2007)
Polivinil Pirolidon (PVP) – Karboksimetil Selulosa (CMC)
80% 240% - -
-F. Yoshii et al (1999)
Polietilena Oksida (PEO) – Polivinil Alkohol
(PVA)
- -
-0,2 MPa (20% PVA) & 0,35 MPa (30% PVA)
