NANOPARTIKEL:
PENGHANTARAN OBAT
@Dhadhang_WK
Pendahuluan
Nanoteknologi mulai dieksploitasi sejak masuk tahun 2000-an.
Namun, sebenarnya makhluk hidup telah memanfaatkan
“nanoteknologi” ini sejak ribuan tahun yang lalu. Misalnya tokek yang bisa menempel sangat kuat di dinding. Totek dapat merayap di kaca dalam posisi terbalik (tubuh berada di bawah) yang
mengindikasikan betapa kuatnya tempelan kaki tokek pada kaca. Di kaki tokek terdapat rambut-rambut yang sangat halus
(Gambar 1.1).
Rambut tersebut mengandung atom-atom dengan jumlah per
satuan luas sangat banyak. Ingat, makin kecil ukuran material maka jumlah atom per satuan luas permukaan makin besar. Tiap atom di kaki tokek melakukan gaya van der Waals dengan atom di dinding. Tiap atom menghasilkan gaya tarik tertentu. Karena banyak sekali atom di rambut-rambut kaki tokek maka banyak sekali atom yang melakukan gaya van der Walls dengan atom di dinding sehingga dihasilkan gaya tarik yang sangat besar.
Gambar 1.2 adalah ilustrasi gaya van der Walls antara molekul dengan dinding.
Pendahuluan
Nanopartikel merupakan partikel koloid kecil
yang dibuat dari polimer non-biodegradabel dan biodegradabel.
Diameternya umumnya sekitar 200 nm.
Secara umum nanopartikel dapat dibedakan
menjadi dua tipe:
◦ nanospheres, yang merupakan sistem matriks
◦ nanocapsules, yang merupakan sistem reservoir
terdiri dari membran polimer yang mengelilingi suatu intii berminyak atau berair
Pendekatan ini cukup atraktif karena metode
pembuatan partikel relatif sederhana dan mudah untuk diperbesar skalanya.
Pendahuluan
Partikel yang terbentuk cukup stabil dan mudah dikering-bekukan.
Karena alasan ini, berkembanglah
nanopartikel yang dibuat dari polimer biodegradabel untuk penghantaran obat
Nanopartikel dapat mencapai target jaringan beberapa obat (antibiotik, sitostatik, peptida, dan protein
Selain itu, nanopartikel dapat melindungi obat terhadap degradaasi kimia dan enzimatik,
serta dapat menurunkan efek samping beberapa obat.
Keunikan Sifat dalam Dimensi
Nanometer
Partikel tembaga yang memiliki diameter 6
nm menunjukkan kekerasan 5 kali lebih
besar daripada tembaga ukuran besar
Keramik yang umumnya mudah pecah
dapat dibuat menjadi fleksibel jika ukuran
bulir direduksi ke dalam skala nanometer
Cadmium selenida (CdSe) dapat
menghasilkan warna yang berbeda-beda
dengan hanya mengontrol ukuran partikel
Keunikan Sifat dalam Dimensi
Nanometer
Nanopartikel yang berukuran sangat kecil
juga memperlihatkan sifat magnetik dan optik yang unik.
Nanopartikel magnetik dapat ditempelkan ke antibodi yang kemudian diarahkan dengan
medan magnet ke arah sel tumor.
Dengan medan magnetik, partikel tersebut dapat dipanaskan secara lokal (pemanasan di lokasi yang sangat kecil) sehingga dapat
membunuh sel tumor yang berada di sekitar partikel itu saja tanpa merusak sel-sel
Gambar skematik suatu nanosphere (A)
Permukaan Nanopartikel
Nanopartikel dapat menunjukkan sifat
adhesi yang kuat karena meningkatnya
daerah kontak untuk gaya van der Waals
Jumlah molekul yang ada pada permukaan
partikel meningkat seiring menurunnya
ukuran partikel
Kecepatan pengendapan partikel &
gerakan Brownian Particles
Nanopartikel Suspensi dan
Pengendapan
Karena ukuran nanopartikel yang kecil, maka cukup mudah untuk menjaga partikel-partikel tersebut tersuspensi dalam cairan
Mikropartikel akan lebih mudah mengendap karena gaya gravitasi, di mana gaya gravitasi lebih kecil ditemukan pada suatu nanopartikel Untuk nanopartikel, gaya gravitasinya tidak sekuat gerakan randomnya. Oleh karena itu, suspensi nanopartikel tidak mengendap, yang akan memberikan waktu tinggal lama
a microparticle suspension cannot be
Nanoemulsi
Nanoemulsi merupakan dispersi minyak dan air
yang transparan stabil (translucent) secara termodinamika yang distabilkan oleh suatu
lapisan antarpermukaan molekul surfaktan dan kosurfaktan yang mempunyai ukuran droplet kurang dari 100 nm.
Beberapa studi menunjukkan bahwa formulasi
nanoemulsi memperbaiki kemampuan in vitro penghantaran transdermal dan dermal, sama
baiknya dengan in vivo jika dibandingkan dengan formulasi topikal konvensional seperti emulsi.
Energy Need (Bond Work Index) for Reducing Size of 1-mm-Diameter Particles
it is very energy intensive to go down to nanoparticles-size range
Variation of the particle size as the
antisolvent
PEARL/BALL-MILLING
TECHNOLOGY
PRODUCTION IN HOT-MELTED
MATRICES
Ringkasan metode yang berbeda untuk membuat nanospheres
dan nanocapsules dari suatu polimer. W/O: water-in-oil, O/W: oil-in-water, W/O/W: water-in-oil-in-water.
Drug incorporation models for solid
Karakterisasi nanomaterial
Karakterisasi SEM
Karakterisasi TEM
Karakterisasi AFM
Karakterisasi sinar-X
Karakterisasi DMA
Karakterisasi SEM
SEM (Scanning Electron Microscope) merupakan salah satu jenis mikroskop
elektron yang menggunakan berkas elektron untuk menggambar profil permukaan benda. Prinsip kerja SEM adalah menembakkan
permukaan benda dengan berkas elektron
benergi tinggi. Permukaan benda yang dikenai berkas elektron akan memantulkan kembali berkas tersebut atau menghasilkan elektron skunder ke segala arah.
Tetapi ada satu arah di mana berkas
Penentuan distribusi ukuran partikel
Ketika kita amati foto SEM untuk sampel partikel, tampak bahwa ukuran partikel
bervariasi dari yang sangat kecil hingga yang cukup besar.
Hampir tidak mungkin membuat partikel dengan ukuran seragam (monodispersi). Ketika para ahli mengatakan berhasil
membuat partikel monodispersi, yang mereka buat sebenarnya adalah partikel polidispersi tetapi sebaran ukuran
Penentuan distribusi ukuran partikel
Secara umum, ukuran partikel yang kita buat hampirdipastikan polidispersi.
Ketika berhadapan dengan partikel demikian,
pertanyaan menarik selanjutnya adalah bagaimana distribusi ukuran, berapa ukuran rata-rata, berapa deviasi standarnya, berapa % partikel yang ukurannya antara satu nilai diameter ke nilai diameter lainnya?
Informasi-informasi ini sangat penting karena ketika
ukuran berada dalam orde nanometer, sifat partikel sangat ditentukan oleh ukuran dan distribusi ukuran.
Salah satu cara yang dapat kita lakukan adalah
menggunakan foto SEM dari partikel-partikel tersebut.
Untuk keperluan ini kita perlu memahami penggunaan
beberapa program sederhana dalam Windows seperti Paint, MS Excel, dan program aplikasi OriginLab.
Karakterisasi TEM
Transmission Electron Microscope (TEM) merupakan alat yang paling teliti yang
digunakan untuk menentukan ukuran partikel karena resolusinya yang sangat tinggi.
Partikel dengan ukuran beberapa nanometer dapat diamati dengan jelas menggunakan TEM. Bahkan dengan high resolution TEM
(HR-TEM) kita dapat mengamati posisi atom-atom dalam partikel.
Dalam pengoperasian TEM, salah satu tahap yang paling sulit dilakukan adalah
Karakterisasi AFM
Atomic Force Microscope (AFM)
termasuk mikroskop canggih yang
sederhana pengoperasiannya.
Prinsip kerja AFM sangat sederhana dan
dapat dipahami hanya dengan
konsep-konsep fisika dasar.
AFM tidak memerlukan sistem vakum,
tegangan tinggi, maupun fasilitas pendingin
(cryogenic) seperti pada SEM dan TEM.
Non-contact mode AFM
images of SLNs at scan ranges of (A) 50 μm; (B)
Karakterisasi sinar-X
Sinar-X adalah gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang sekitar 1 Aº (10-10
m).
Panjang gelombang ini kira-kira = jarak antara atom dalam kristal.
Oleh karena itu sinar-X dapat didifraksi oleh atom-atom dalam material berbentuk kristal. Dengan mengamati pola difraksi sinar-X yang
dihasilkan suatu material maka struktur kristal material tersebut dapat ditentukan.
Karakterisasi DMA
Differential Mobility Analyzer (DMA) merupakan alat
yang dapat digunakan untuk menentukan distribusi ukuran partikel aerosol (partikel di udara).
DMA dapat digunakan untuk mengukur distribusi
partikel dari ukuran sekitar 2 nm hingga ratusan nanometer.
Prinsip kerja DMA adalah memberi muatan pada
partikel aerosol kemudian memasukkan ke dalam ruang yang mengandung medan listrik. Partikel kemudian
mendapat gaya listrik akibat adanya muatan.
Gaya tersebut menimbulkan kecepatan dalam arah
sejajar medan yang berimplikasi pada munculnya gaya gesekan oleh udara (gaya Stokes) akibat adanya
viskositas udara.
Karakterisasi DMA
Besar kecepatan terminal partikel
bergantung pada mobilitas partikel
tersebut.
DMA membedakan partikel berdasarkan
mobilitasnya.
Jika semua partikel memiliki muatan yang
sama, maka mobilitas menentukan ukuran
partikel. Dengan demikian, pada akhirnya
DMA dapat digunakan untuk menentukan
distribusi ukuran partikel aerosol.
Conclusion
Nanopartikel memiliki sifat yang unik:
• Ukuran kecil
• Luas permukaan yang tinggi
• Mudah disuspensikan dalam cairan
• Akses yang mendalam ke dalam sel dan organel
• Partikel lebih kecil dari 200 nm lebih mudah disterilisasi dengan filtrasi menggunakan suatu penyaring 0,22 μm
Lebih sulit untuk membuat nanopartikel yang lebih kecil
dari obat dibandingkan dengan material yang keras
Nanopartikel obat dapat diproduksi baik dengan
