PENINGKATAN JUMLAH NANOPARTIKEL KITOSAN
TERISI KETOPROFEN BERDASARKAN RAGAM
SURFAKTAN DAN KONDISI ULTRASONIKASI
LIDINIYAH
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Peningkatan Jumlah Nanopartikel Kitosan Terisi Ketoprofen Berdasarkan Ragam Surfaktan dan Kondisi Ultrasonikasi adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing 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 dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Juli 2011
ABSTRACT
LIDINIYAH. Quantity Increasing of Ketoprofen Loaded Chitosan Nanoparticles Based on Surfactant Type and Ultrasonication Condition. Under direction of PURWANTININGSIH SUGITA and LAKSMI AMBARSARI.
The objective of this study was evaluate the effects of ultrasonication and surfactant type on the change in particle size of ketoprofen loaded chitosan nanoparticles. Surfactant which was used in the synthesis of nanoparticles is oleic acid and poloxamer 188. The ketoprofen loaded chitosan nanoparticles were caracterized using PSA, SEM, FTIR, and XRD. Poloxamer 188 is the surfactant that assist in nanoparticles formation. The result of synthesis of ketoprofen loaded chitosan nanoparticles use poloxamer 188 as surfactant that ultrasonicated during 60 min at amplitude 40, has shown turbidity of formula P, A, and B was 6,68, 5,90, 5,42 NTU respectively. The nanoparticles quantity was resulted by this three formulas was >95% with particles size diameter <400 nm and entrapment efficiency of ketoprofen was >70%. Under the SEM, nanoparticles seen spherical stuctures. The FTIR and XRD analysis showed that all of compounds that used has no damaged by ultrasonication process. The mean diameter decreased linearly with increasing duration and amplitude of ultrasonication.
RINGKASAN
LIDINIYAH. Peningkatan Jumlah Nanopartikel Kitosan Terisi Ketoprofen Berdasarkan Ragam Surfaktan dan Kondisi Ultrasonikasi. Dibimbing oleh PURWANTININGSIH SUGITA and LAKSMI AMBARSARI.
Ketoprofen merupakan obat yang sangat bermanfaat sebagai antiinflamasi, analgesik, dan antipiretik, pada penyakit sendi, penyakit gigi dan mulut, pasca bedah, pasca trauma dan pasca persalinan. Ketoprofen memiliki waktu eliminasi yang sangat cepat, yaitu 1,5–2 jam sehingga obat tersebut harus sering dikonsumsi. Namun, jika ketoprofen dalam tubuh telah terakumulasi sampai dosis >300 mg akan mengakibatkan iritasi atau pendarahan pada lambung dan atau pada usus. Penjerapan ketoprofen dengan menggunakan kitosan dalam bentuk nanopartikel merupakan salah satu cara untuk mengatasi cepatnya waktu eliminasi. Pembentukan partikel dalam ukuran nanometer diharapkan dapat terserap dengan utuh pada saluran cerna setelah pemberian secara oral dan dapat terpenetrasi diantara pembuluh kapiler maupun sel di dalam tubuh sehingga obat dapat lebih tepat sasaran.
Komposisi material dan metode yang digunakan sangat mempengaruhi keberhasilan pembentukan nanopartikel. Penggunaan surfaktan sering dilakukan agar diperoleh jumlah partikel berukuran nanometer lebih banyak dan lebih stabil. Perbedaan nilai hydrophilic-lipophilic balance (HLB) pada surfaktan menghasilkan sebaran diameter partikel yang berbeda pula. Surfaktan yang memiliki nilai HLB lebih tinggi menghasilkan nanopartikel lebih banyak. Asam oleat (HLB=1) dan poloxamer 188 (HLB=29) dibandingkan peranannya dalam pembentukan nanopartikel. Selain komposisi material, metode yang digunakan juga mempengaruhi nanopartikel yang dihasilkan. Metode ultrasonikasi merupakan metode yang efektif untuk pembuatan nanopartikel. Oleh karena itu penelitian ini bertujuan meningkatkan jumlah nanopartikel kitosan terisi ketoprofen berdasarkan jenis surfaktan (asam oleat dan poloxamer 188) dan kondisi ultrasonikasi (waktu dan amplitudo), juga untuk pencirian nanopartikel yang dihasilkan sebagai sediaan baru pengantaran obat ke dalam tubuh.
Pembentukan nanopartikel kitosan sebagai pengantar obat ketoprofen ini terdidri atas beberapa tahap, yaitu pemilihan jenis surfaktan, optimasi kondisi ultrasonikasi, pemilihan formula nanopartikel kitosan terisi ketoprofen terbaik, pencirian nanopartikel kitosan terisi ketoprofen dengan menggunakan particle size analyzer (PSA), scanning electron microscopy (SEM), fourier transform infrared (FTIR) serta X-ray diffraction (XRD) dan efisiensi penjerapan ketoprofen pada nanopartikel kitosan.
Formula yang digunakan untuk pemilihan jenis surfaktan dan optimasi kondisi ultrasonikasi adalah formula P. Tahap pemilihan surfaktan melibatkan asam oleat dan poloxamer 188, dari kedua surfaktan tersebut ternyata polxamer 188 yang memiliki nilai turbiditas lebih rendah yaitu, 11,72 NTU dan dapat menghasilkan 93,05% nanopartikel yang memiliki diameter rata-rata 700,2 nm. Poloxamer 188 sebagai surfaktan terpilih kemudian digunakan dalam tahap optimasi ultrasonikasi. Kondisi ultrasonikasi optimum adalah pada waktu 60 menit dan amplitudo 40 yang menghasilkan turbiditas 6,68 NTU dan 99,79%
nanopartikel dengan diameter rata-rata 355,3 nm. Surfaktan terpilih yaitu poloxamer 188 dan kondisi ultrasonikasi optimum, yaitu pada waktu 60 menit dan amplitudo 40 yang digunakan untuk mensintesis nanopartikel pada formula lainnya. Hasil sintesis nanopartikel kitosan terisi ketoprofen menunjukkan bahwa ketiga formula (P, A, dan B) memiliki nilai turbiditas rendah, yaitu berturut-turut 6,68, 5,90, 5,42 NTU. Ketiga formula tersebut menghasilkan jumlah nanopartikel sebanyak >95% dengan rata-rata ukuran diameter partikel <400 nm dan memiliki rata-rata efisiensi penjerapan ketoprofen >70%. Nilai jumlah nanopartikel dari penelitian ini mengalami peningkatan dari penelitian sebelumnya yang memiliki jumlah nanopartikel tertinggi, yaitu 58% dengan rata-rata ukuran partikel 380– 900 nm. Peningkatan ini diduga dipengaruhi oleh jenis surfaktan, waktu dan amplitudo ultrasonikasi, konsentrasi kitosan serta konsentrasi surfaktan yang digunakan, Pencirian dilakukan pada salah satu formula nanopartikel kitosan terisi ketoprofen, yaitu formula B dengan menggunakan SEM, FTIR, dan XRD untuk mengetahui berturut-turut bentuk partikel, gugus fungsi, dan kristalinitasnya. Hasil analisis SEM dari formula B menunjukkan bahwa bentuk partikel dari formula B adalah sferis (bulat) dan tidak mengalami aglomerasi (penggumpalan), sedangkan berdasarkan spektrum FTIR formula sebelum ultrasonikasi (formula Bo) dan setelah ultrasonikasi (formula B) tidak terdapat perbedaan yang mencolok, sehingga dapat disimpulkan bahwa proses ultrasonikasi tidak merusak senyawa-senyawa yang ada dalam formula, sedangkan hasil analisis XRD menunjukkan terjadinya kenaikan kristalinitas yang membuktikan bahwa terdapat ketoprofen yang terjerap dalam nanopartikel kitosan-TPP.
© Hak Cipta Milik IPB, tahun 2011
Hak Cipta dilindungi Undang-undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruhnya karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk laporan apapun tanpa izin IPB
PENINGKATAN JUMLAH NANOPARTIKEL KITOSAN
TERISI KETOPROFEN BERDASARKAN RAGAM
SURFAKTAN DAN KONDISI ULTRASONIKASI
LIDINIYAH
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada
Program Studi Kimia
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
HALAMAN PENGESAHAN
Judul Penelitian : Peningkatan Jumlah Nanopartikel Kitosan Terisi Ketoprofen Berdasarkan Ragam Surfaktan dan Kondisi Ultrasonikasi
Nama : Lidiniyah
NRP : G451090191
Program Studi : Kimia
Disetujui Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Purwantiningsih Sugita, M.S. Dr. Laksmi Ambarsari, M.S. Ketua Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Dekan Sekolah Pascasarjana Kimia
Prof. Dr. Purwantiningsih Sugita, M.S. Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr.
PRAKATA
Puji dan syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Januari sampai Mei 2011 ini ialah Peningkatan Jumlah Nanopartikel Kitosan Terisi Ketoprofen Berdasarkan Ragam Surfaktan dan Kondisi Ultrasonikasi.
Ucapan terima kasih yang tulus kepada Ibu Prof. Dr. Purwantiningsih Sugita, M.S selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Ketua Program Studi S2 Kimia, dan Ibu Dr. Laksmi Ambarsari, M.S selaku Anggota Komisi Pembimbing, atas segala curahan waktu, bimbingan, arahan, serta dorongan moral kepada saya, serta kepada Ibu Prof. Dr. Suminar Setiati Achmadi, M.Sc selaku penguji luar komisi yang telah memberikan banyak saran untuk perbaikan tesis saya. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Bapak, Umi, suami serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya dan kepada Kementerian Agama Republik Indonesia yang telah mendanai pendidikan penulis selama menjalani program pascasarjna Kimia.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat
Bogor, Juli 2011
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Serang pada tanggal 02 Agustus 1986 dari pasangan Bapak H.Ubaidillah dan Ibu Hj. Hulduniyah. Penulis merupakan anak ketiga dari tujuh bersaudara.
Tahun 2004 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Ciruas Serang dan pada tahun yang sama lulus Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB) pada Program Studi Pendidikan Kimia Universitas Lampung dan lulus program S1 pada tahun 2008. Pada tahun 2009 penulis mengikuti seleksi Beasiswa Utusan Daerah (BUD) yang diselenggarakan oleh Kementerian Agama Republik Indonesia dan diterima di Program Studi Kimia pada Program Pascasarjana IPB.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ... xix
DAFTAR GAMBAR ... xxi
DAFTAR LAMPIRAN ... xxiii
PENDAHULUAN ... 1 Latar Belakang ... 1 Perumusan Masalah ... 3 Tujuan Penelitian ... 4 Hipotesis ... 4 TINJAUAN PUSTAKA ... 5 Ketoprofen ... 5 Nanopartikel Kitosan ... 6
Metode Pembuatan Nanopartikel ... 10
Sonokimia ... 11
BAHAN DAN METODE ... 15
Waktu dan Tempat Penelitian ... 15
Bahan dan Alat ... 15
Metode Penelitian ... 15
HASIL DAN PEMBAHASAN ... 19
Jenis Surfaktan Terpilih ... 19
Kondisi Ultrasonikasi Optimum ... 22
Formula Nanopartikel Kitosan Terisi Ketoprofen terbaik ... 24
Karakterisasi Nanopartikel Kitosan Terisi Ketoprofen ... 30
Efisiensi Penjerapan Ketoprofen pada Nanopartikel Kitosan ... 35
SIMPULAN DAN SARAN ... 37
Simpulan ... 37
Saran ... 37
DAFTAR PUSTAKA ... 39
DAFTAR TABEL
Halaman 1 Parameter mutu kitosan niaga ... 9 2 Kombinasi konsentrasi kitosan, TPP, ketoprofen dan surfaktan ... 17 3 Hubungan jenis surfaktan dan kondisi ultrasonikasi dengan nilai turbiditas 20 4 Jumlah nanopartikel kitosan berdasarkan jenis surfaktan dan turbiditas ... 21 5 Hubungan kondisi ultrasonikasi dengan nilai turbiditas formula PP ... 23 6 Jumlah nanopartikel berdasarkan waktu, amplitudo, energi ultrasonikasi dan
turbiditas pada formula PP ... 24 7 Hubungan konsentrasi material, viskositas, energi ultrasonikasi dan
turbiditas ... 25 8 Jumlah nanopartikel dan indeks polidispersitas berdasarkan konsentrasi
material dan turbiditas ... 27 9 Puncak serapan pada spektrum FTIR kitosan, ketoprofen formula Bo dan
formula B ... 31 10 Hubungan ukuran partikel dengan efisiensi penjerapan ... 36
DAFTAR GAMBAR
Halaman 1 Struktur kimia ketoprofen ... 5 2 Beberapa tipe pemuatan obat dalam nanopartikel ... 6 3 Struktur kimia kitosan ... 7 4 Struktur kimia (a) asam oleat, (b) poloxamer 188 ... 10 5 Teori Hot spot kavitasi akustik ... 13
6 Strategi penelitian ... 18 7 Perbandingan turbiditas formula PP7 dan PO1 secara visual ... 19 8 Hubungan amplitudo dengan energi ultrasonikasi pada formula PP ... 22 9 Tingkat kestabilan turbiditas formula P, A, dan B berdasarkan waktu
penyimpanan ... 29 10 Perbandingan turbiditas formula (a) sebelum penyimpanan (b) setelah
disimpan 20 hari ... 30 11 Foto bentuk partikel formula B dengan menggunakan SEM perbesaran
2.000× ... 30 12 Spektrum FTIR (a) kitosan, (b) ketoprofen, (c) formula Bo serta (d) formula
B ... 31 13 Difraktogram XRD (
–
) kitosan, (–
) formula Bo, (–
) formula B ... 34DAFTAR LAMPIRAN
Halaman 1 Penentuan mutu kitosan ... 44 2 Optimasi formula PO ... 49 3 Optimasi formula PP ... 50 4 Perbandingan formula PO dan formula PP ... 51 5 Pembuatan nanopartikel kitosan terisi ketoprofen ... 52 6 Hasil SEM formula B ... 54 7 Spektrum FTIR ... 55 8 Penentuan nilai evisiensi penjerapan ketoprofen pada nanopartikel kitosan. 56 9 Hasil analisis PSA ... 59
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Ketoprofen merupakan suatu obat antiinflamasi nonsteroid yang mempunyai efek analgesik (penghilang rasa sakit), antipiretik (penurun panas), dan antiinflamasi (menghilangkan pembengkakan) yang disebabkan oleh beberapa kondisi, seperti osteoarthritis dan rheumatoid arthritis. Ketoprofen praktis tidak larut dalam air serta kecepatan disolusi dan bioavilabilitasnya rendah (Alatas et al. 2006). Waktu eliminasinya sangat cepat, yaitu 1,5–2 jam sehingga obat tersebut harus sering dikonsumsi. Namun, jika ketoprofen dalam tubuh telah terakumulasi sampai dosis >300 mg akan mengakibatkan iritasi atau pendarahan pada lambung (Yamada et al 2001; Patil et al. 2005). Salah satu cara untuk mengatasi kelemahan tersebut ialah dengan menjerap ketoprofen dalam bentuk nanopartikel sebagai sistem pengantaran obat yang terkendali dengan menggunakan biopolimer.
Biopolimer yang memiliki sifat biodegradabel dan biokompatibel adalah kandidat tepat sebagai pengantaran obat. Kitosan merupakan salah satu biopolimer yang banyak digunakan sebagai sistem pengantaran obat. Kitosan mudah terdegradasi, biokompatibel, tidak beracun, memiliki aktivitas antibakteri, mukoadesif, serta mudah diperoleh (Ru et al. 2009). Namun, kitosan merupakan biopolimer yang rapuh sehingga perlu dilakukan modifikasi kimia dan modifikasi fisik untuk meningkatkan kualitas kitosan. Salah satu modifikasi kimia yang banyak dilakukan, yaitu dengan menambahkan senyawa pengikat silang seperti tripolifosfat (TPP). Kekuatan mekanik gel kitosan meningkat dengan penggunaan TPP karena TPP memiliki rapatan muatan negatif yang tinggi sehingga interaksi dengan polikationik kitosan akan lebih besar (Shu & Zhu 2002).
Sistem pengantaran obat sebaiknya dapat melewati penghalang (barrier) pada sistem metabolisme, dan dapat melepaskan zat aktif di lokasi yang spesifik sebagai target pengobatan. Oleh karena itu, perlu dilakukan modifikasi fisik kitosan dengan cara pembentukan nanopartikel (Wahyono et al. 2010). Nanopartikel kitosan diharapkan dapat terserap dengan utuh pada saluran cerna setelah pemberian secara oral (Wu et al. 2005). Nanopartikel dapat berpenetrasi di antara pembuluh kapiler maupun sel di dalam tubuh sehingga obat dapat lebih
2
tepat sasaran. Nanopartikel kitosan telah banyak diteliti untuk sistem pengantaran obat antikanker, gen, dan vaksin dalam bentuk gel atau lembaran (Thassu et al. 2007).
Penelitian tentang nanopartikel kitosan sebagai pengantaran obat telah banyak dilakukan. Kumar (2000) telah menghasilkan nanopartikel kitosan poli(etilen oksida) dengan ukuran partikel 200-1000 nm. Ciri nanopartikel kitosan terisi amonium glisirrizinat sebagai obat anti-hepatitis melalui proses gelasi ionik dengan menggunakan TPP telah dipelajari oleh Wu et al. (2005). Hasil dari penelitian tersebut adalah, ukuran nanopartikel yang diperoleh berkisar 20–80 nm dan dapat digunakan sebagai sistem pengantaran amonium glisirrizinat. Keberhasilan sintesis nanopartikel dipengaruhi oleh penggunaan surfaktan. Perbedaan nilai hydrophilic-lipophilic balance (HLB) pada surfaktan menghasilkan sebaran diameter partikel yang berbeda pula. Surfaktan yang memiliki nilai HLB lebih tinggi menghasilkan nanopartikel lebih banyak (Sugita et al. 2010a). Wahyono et al. (2010) menggunakan asam oleat (HLB = 1) sebagai surfaktan dalam sintesis nanopartikel kitosan terisi ketoprofen dan menghasilkan 58% nanopartikel dari pengukuran secara manual pada foto SEM. Jumlah nanopartikel yang dihasilkan oleh Wahyono et al. (2010) masih sedikit dan kurang akurat, karena hasil pengukuran ukuran partikel secara manual dengan menggunakan foto SEM tidak dapat menggambarkan keadaan keseluruhan dari kondisi sampel yang dianalisis. Oleh karena itu perlu dicoba penggunaan surfaktan yang memiliki nilai HLB lebih besar dari asam oleat dan perlu digunakan alat lain untuk mengetahui ukuran partikel yang lebih akurat seperti particle size analyzer (PSA). Surfaktan lain yang digunakan dalam pembentukan nanopartikel adalah poloxamer 188 (HLB = 29). Penggunaan poloxamer 188 dapat membantu menurunkan rata-rata diameter partikel (Memisoglu-Bilensoy et al. 2006). Namun poloxamer 188 belum banyak digunakan dalam sintesis nanopartikel kitosan.
Terdapat beberapa metode untuk mensintesis nanopartikel kitosan. Penggunaan gelombang ultrasonik dalam pembentukan nanopartikel merupakan salah satu metode yang efektif. Ultrasonik dengan frekuensi 20 kHz–1 MHz banyak digunakan dalam bidang kimia yang biasa disebut dengan sonokimia
3
(Sonochemistry). Prinsip sonokimia sangat berkaitan dengan fenomena kavitasi akustik yaitu pembentukan, pertumbuhan, dan pecahnya gelembung yang terbentuk dalam medium cairan (Schroeder et al. 2009). Hielscher (2005) berpendapat bahwa penggunaan gelombang ultrasonik dapat menghasilkan ukuran partikel yang lebih kecil dan dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya amplitudo, konsentrasi dan viskositas. Proses ultrasonikasi dengan amplitudo yang tinggi dan waktu yang lama menghasilkan energi yang besar, energi yang besar dapat menyebabkan proses kavitasi terjadi dengan baik (Tsai et al. 2008). Wahyono et al. (2010) telah meneliti tentang pembuatan nanopartikel kitosan sebagai penyalut ketoprofen. Nanopartikel dibuat dengan menggunakan metode ultrasonikasi (130 Watt, frekuensi 20 kHz selama 30 menit) dan sentrifugasi (kecepatan 20000 rpm selama 2 jam) yang menghasilkan 58% nanopartikel yang memiliki ukuran 380–900 nm dengan efisiensi penyalutan terhadap ketoprofen sebesar 72,48%. Dengan metode yang digunakan oleh Wahyono et al. (2010) masih menghasilkan mikropartikel sebanyak 42% sehingga metode tersebut perlu diperbaiki agar memperoleh nanopartikel yang lebih banyak dengan menggunakan ragam waktu dan amplitudo ultrasonikasi.
Pada penelitian ini akan dibuat nanopartikel kitosan sebagai penjerap ketoprofen dengan menggunakan asam oleat dan poloxamer 188 melalui metode ultrasonikasi dengan ragam waktu dan amplitudo. Komposisi material yang digunakan mengacu pada tiga formula terbaik dari Wahyono et al. (2010) yang menunjukkan ukuran nanopartikel serta efisiensi penjerapan >50%. Penggunaan ragam surfaktan, dan kondisi ultrasonikasi diharapkan dapat mempengaruhi proses kavitasi sehingga diperoleh ukuran nanopartikel kitosan terisi ketoprofen yang lebih banyak dan seragam.
Perumusan Masalah
Ketoprofen merupakan obat yang sangat bermanfaat sebagai antiinflamasi, analgesik, antipiretik, tetapi memiliki waktu eliminasi yang sangat cepat. Penjerapan ketoprofen dengan kitosan sebagai salah satu cara untuk mengatasi cepatnya waktu eliminasi telah berhasil dilakukan dan menghasilkan jumlah partikel yang berukuran nanometer berdasarkan pengukuran manual dari foto SEM sebesar 58% serta efisiensi penyalutan sebesar 72,48%. Oleh karena itu
4
diperlukan modifikasi metode untuk meningkatkan jumlah nanopartikel dan efisiensi penjerapan, yaitu dengan menggunakan surfaktan asam oleat dan poloxamer 188, dan kondisi ultrasonikasi dengan ragam waktu dan amplitudo serta analisis ukuran partikel dilakukan menggunakan PSA.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan meningkatkan jumlah nanopartikel kitosan terisi ketoprofen berdasarkan jenis surfaktan (asam oleat dan poloxamer 188) dan kondisi ultrasonikasi (waktu dan amplitudo), juga untuk pencirian nanopartikel yang dihasilkan sebagai sediaan baru pengantaran obat ke dalam tubuh.
Hipotesis
1. Penggunaan poloxamer 188 dapat meningkatkan jumlah nanopartikel kitosan terisi ketoprofen yang dihasilkan.
2. Peningkatan waktu dan amplitudo ultrasonikasi dapat meningkatkan jumlah nanopartikel kitosan terisi ketoprofen yang dihasilkan.
3. Efisiensi penjerapan ketoprofen dalam nanopartikel kitosan lebih besar dari 60%.
TINJAUAN PUSTAKA
Ketoprofen
Ketoprofen [asam 2-(3-benzoilfenil)-propionat; rumus kimia C16H14O3;
Mr=254,3 g mol-1] termasuk suatu obat anti inflamasi nonsteroid (AINS), derivat asam propionat. Obat antiinflamasi nonsteroid merupakan obat yang mempunyai efek analgesik (penghilang rasa sakit), antipiretik (penurun panas), dan antiinflamasi (menghilangkan pembengkakan). Mekanisme kerjanya adalah dengan cara menghambat sintesis prostaglandin, yang merupakan suatu zat yang menyebabkan inflamasi (Alatas et al. 2006).
Ketoprofen (Gambar 1) diindikasikan untuk menekan berbagai reaksi inflamasi yang dihubungkan dengan nyeri dan demam. Seperti pada penyakit sendi (rematoid dan osteoarthritis), penyakit gigi dan mulut, paska bedah, paska trauma dan paska persalinan (Valliappan et al. 2006). Dosis oral adalah 75 mg, 3 kali sehari atau 50 mg, 4 kali sehari. Akibat waktu paruh eliminasi yang cepat, maka obat tersebut harus sering dikonsumsi. Namun, jika ketoprofen di dalam lambung telah terakumulasi > 300 mg, maka akan mengakibatkan pendarahan (Patil et al. 2005).
Ketoprofen praktis tidak larut dalam air, laju disolusi dan ketersediaan hayatinya rendah (Alatas et al. 2006). Berbagai teknik seperti obat kering, dispersi padat, bakal obat yang larut air atau kompleksasi telah diterapkan untuk meningkatkan kelarutan. Salah satu cara agar ketoprofen tidak terlalu sering dikonsumsi sehingga dapat mengakibatkan pendarahan lambung ialah dengan menyalut ketoprofen sehingga pengantaran obat dapat terkendali. Penyalut yang telah banyak digunakan untuk mengurangi kelemahan ketoprofen adalah kitosan, baik yang termodifikasi maupun yang tidak. Yamada et al (2001) telah
6
menggunakan kitosan sebagai penyalut ketoprofen dalam bentuk mikropartikel. Penelitian lain yang telah dilakukan yaitu mempelajari perilaku disolusi ketoprofen tersalut gel kitosan gom-guar (Amelia 2007), perilaku disolusi mikrokapsul ketoprofen tersalut gel kitosan-alginat (Sugita et al. 2010b) dan penyalutan ketoprofen dengan kitosan dalam bentuk nanopartikel (Wahyono et al. 2010).
Nanopartikel Kitosan
Definisi umum dari nanopartikel adalah partikel padat dengan ukuran sekitar 10–1000 nm (Tiyaboonchai 2003; Mohanraj & Chen 2006). Metode preparasi sangat mempengaruhi pembentukan nanopartikel, baik itu dalam bentuk nanosphere, atau nanokapsul (Gambar 2). Nanopartikel memiliki sifat yang baik karena faktor peningkatan luas permukaan dan efek kuantum yang dapat meningkatkan reaktivitas, kekuatan, sifat listrik, dan perilaku in vivo (Thassu et al. 2007).
Mohanraj & Chen (2006) berpendapat bahwa nanopartikel memiliki empat kelebihan dalam penggunaannya sebagai pengantaran obat, yaitu: (1) dapat dengan mudah memanipilasi ciri permukaan serta ukuran partikel sesuai dengan target pengobatan; (2) pelepasan obat dapat diatur dan diperpanjang selama proses transpor obat ke sasaran; (3) memasukkan obat ke dalam sistem nanopartikel dapat dilakukan tanpa reaksi kimia. Hal ini merupakan faktor penting untuk menjaga aktivitas obat; dan (4) berbagai jalur sirkulasi tubuh dapat menggunakan sistem nanopartikel.
Polimer nanopartikel yang biodegradabel dan biokompetibel adalah kandidat tepat sebagai pengantaran obat. Hal tersebut dikarenakan polimer
Gambar 2 Beberapa tipe pemuatan obat dalam nanopartikel (Tiyaboonchai 2003). Nanosphere Nanokapsul Obat terjerap Obat terjebak
7
nanopartikel diharapkan dapat terserap dengan utuh pada saluran pencernaan setelah pemberian secara oral (Wu et al. 2005). Tujuan utama pembuatan nanopartikel sebagai sistem pengantaran obat yaitu untuk mengatur ukuran partikel, sifat permukaan, dan pelepasan zat aktif pada tempat yang spesifik di dalam tubuh sebagai sasaran pengobatan yang tepat. Salah satu contoh polimer nanopartikel biodegradabel dan biokompetibel yang banyak digunakan sebagai sistem pengantaran obat adalah kitosan.
Kitosan (1,4)-2-amino-2-deoksi-β-D-glukosamin (Gambar 3) merupakan biopolimer polikationik linear terdiri dari D-glukosamin dan N-asetil-D-glukosamin yang dihubungkan oleh ikatan β-(1→4) glikosidik (Prusty 2009). Kitosan memiliki rumus molekul (C6H11NO4)n yang merupakan salah satu dari
polimer alam yang bersifat mudah terdegradasi, biokompatibel, tidak beracun, memiliki aktifitas anti bakteri, mukoadhesif serta mudah diperoleh (Ru et al. 2009). Kitosan larut dalam asam dengan pH dibawah 6,0, yang umum digunakan adalah asam asetat dengan pH sekitar 4,0. Pada pH tinggi, cenderung terjadi pengendapan. Sifat-sifat kitosan dihubungkan dengan adanya gugus-gugus amino dan hidroksil yang terikat. Adanya gugus tersebut menyebabkan kitosan mempunyai reaktivitas kimia yang tinggi dan penyumbang sifat polielektrolit kation dalam larutan asam organik (Sundar 2010).
Nanopartikel kitosan telah banyak diteliti untuk sistem pengantaran obat pada obat antikanker, gen, dan vaksin (Thassu et al. 2007). Dari sudut pandang biofarmasi, kitosan memiliki potensi melayani sebagai peningkat penyerapan di epitel usus untuk mukoadhesif dan meningkatkan permeabilitas (Wu et al. 2005). Kitosan dalam bentuk nanopartikel memiliki kekuatan mekanik dan keteruraian hayati yang lambat sehingga dapat dipakai sebagai pengantar obat. Sebagai
8
pengantar obat antikanker kitosan biasanya dibentuk menjadi gel atau lembaran (Thassu et al. 2007).
Agar keaktifan dan kualitas dari kitosan meningkat, maka perlu dilakukan modifikasi dengan menggunakan zat pengikat silang. Zat pengikat silang yang sering digunakan antara lain glutaraldehida dan tripolifosfat. Penggunaan glutaraldehida sebagai zat pengikat silang untuk sistem penghantaran obat umumnya dihindari karena bersifat toksik. Selain itu ikatan silang yang terjadi melalui reaksi pembentukan basa Schiff antara gugus aldehida-ujung pada glutaraldehida dengan gugus amino pada kitosan membentuk imina akan menyebabkan ikatan kimia yang kuat antar polimer kitosan. Pada nanopartikel kitosan sebagai sistem penghantaran obat, hal ini harus dihindari karena dapat mengakibatkan sulitnya proses pelepasan obat dari dalam nanopartikel kitosan. Umumnya pembentukan ikatan silang ionik antara polikationik kitosan dengan senyawa polianion akan lebih disukai. Tripolifosfat (TPP) yang merupakan senyawa polianion merupakan zat pengikat silang yang baik. Kekuatan mekanik gel kitosan meningkat dengan penggunaan TPP karena TPP memiliki rapatan muatan negatif yang tinggi sehingga interaksi dengan polikationik kitosan akan lebih besar (Shu & Zhu 2002).
Nanopartikel kitosan terisi amonium glisirrizinat sebagai obat anti-hepatitis melalui proses gelasi ionik dengan menggunakan TPP telah dipelajari oleh Wu et al. (2005). Hasil dari penelitian tersebut adalah, ukuran nanopartikel yang diperoleh berkisar 20–80 nm dan dapat digunakan sebagai sistem penghantaran amonium glisirrizinat dengan pelepasan amonium glisirrizinat pada 1 jam pertama sekitar 22,5%. Pelepasan amonium glisirrizinat tergolong sangat lambat hingga mencapai 16 jam, yaitu 37,5%.
Modifikasi lain pada gel kitosan dengan penambahan hidrokoloid alami diantaranya dengan gom guar (Amelia 2007) dan alginat (Sugita et al. 2010b) telah digunakan sebagai matriks penghantaran ketoprofen sebagai obat anti inflamasi. Kitosan juga dapat memperbaiki sistem pengantaran ketoprofen dengan cara menyalut obat dalam mikrokapsul (Yamada et al. 2001).
Mutu kitosan niaga dapat dilihat dari parameter berikut: nilai viskositas, derajat deasetilasi, kadar air, kadar abu, dan bobot molekul. Beberapa faktor yang
9
dapat mempengaruhi viskositas kitosan diantaranya suhu, konsentrasi pelarut, derajat deasetilasi, dan bobot molekul. Kitosan niaga memiliki bobot molekul berkisar antara 1 × 105 dan 1,2 × 106 g/mol. Parameter mutu kitosan niaga dapat dilihat pada Tabel 1.
Keberhasilan pembentukan nanopartikel dipengaruhi oleh penggunaan zat aktif permukaan (surfaktan) yang berfungsi untuk menurunkan energi antarmuka larutan sehingga mencegah timbulnya agregat-agregat permukaan. Pada pembuatan nanopartikel, surfaktan banyak digunakan karena rata-rata ukuran partikel menurun dengan meningkatnya konsentrasi surfaktan. Konsentrasi tinggi surfaktan menurunkan tegangan permukaan dan memudahkan partisi partikel selama homogenisasi. Silva et al (2006) telah menggunakan surfaktan berupa Tween 80, Span 80 dalam proses pembuatan mikrosfer kitosan untuk sistem penghantaran hemoglobin ke dalam tubuh. Kedua surfaktan tersebut dapat menurunkan rerata diameter mikrosfer kitosan, yaitu pada Span 80 dari 132,6 µm menjadi 24,9 µm dan pada Tween 80 dari 198 µm menjadi 181,3 µm. Selain itu, kedua surfaktan tersebut juga dapat menurunkan efisiensi enkapsulasinya. Sebagai sistem pengantaran obat penggunaan surfaktan dengan penambahan zat kimia tertentu memiliki kelemahan yaitu toksisitas yang tinggi (Tarirai 2005). Oleh karena itu, sistem penghantaran obat harus dibuat dari material yang memiliki tingkat toksisitas rendah. Senyawa yang tidak beracun dan dapat digunakan sebagai surfaktan dalam pembuatan nanopartikel kitosan adalah asam oleat dan poloxamer 188 (Gambar 4).
Tabel 1 Parameter mutu kitosan niaga (Wahyono et al. 2010) Parameter Ciri Ukuran partikel Serpihan sampai bubuk
Kadar air ≤ 10%
Kadar abu ≤ 2%
Derajat deasetilasi ≥ 70%
Warna larutan tidak berwarna Viskositas (cP):
Rendah < 200
Medium 200–799
Tinggi 800–2000
10 mole Asam sebag keter (Gam pemb meru polio hidro deng diapl suspe dalam meni kelar 188 menu al. 20 mono polim dan m digun Gam (a Asam olea ekul 282,47 m oleat mem
gai zat peng rsediaan ob mbar 4a) bentukan na Poloksame upakan kopo oksietilen b ofobik (Che gan pluronic likasikan da ensi dalam m bentuk ingkatkan k rutan yang atau pluron urunkan dia 006). Nanoparti omer, dan mer dilakuk metode difu nakan ma mbar 4 Struk z = ) at (C18H34O g/mol, titik mbentuk sab gemulsi (em at-obat yan yang me anopartikel er 188 olimer polio bersifat hi en et al. 20 c F 68 atau alam bidang m bentuk do padat berp kelarutan s rendah dal nic F 68 dal ameter parti Met kel dibuat d proses gel kan dengan usi pelarut. asing-masin ktur kimia ( 80). O2) merupak k leleh 4oC, bun jika dir mulsifying ag ng kurang la rupakan s kitosan (W (HO(CH2 oksietilen-p drofilik, se 004). Polox lutrol F 68 g farmasi s osis liquid peran sebag erta bioavi am air (Ye lam sistem ikel dan ind
tode Pemb dengan tiga asi ionik ( n beberapa Pada meto ng dilarutk
(a) asam ole (b) kan salah sa titik didih 2 reaksikan de gent) pada m arut di dalam surfaktan a ahyono et a 2CH2O)80(C polioksiprop ementara r xamer 188 ( merupakan sebagai emu oral, topic gai wetting ilabilitas pa en et al. 20 nanopartike deks polidis uatan Nan a teknik yai Mohanraj & cara dianta de evapora kan dalam eat, (b) polo
atu asam lem 286oC, dan engan basa makanan da m air (Tarir alami juga al. 2010). CH2CH(CH3 pilen nonion rantai poli (Gambar 4b n surfaktan n ulsifier, solu cal dan par g agent, p ada obat ya 08). Perana el yaitu seb spersitas (M opartikel itu dispersi & Chen 20 aranya meto si pelarut p m pelarut oxamer 188
mak tak jen densitas 0, dan sering an dapat me rai 2005). A a digunak 3)O)27(CH2C
nik yang den oksipropile b) yang bia nonionik ya ubilizer dan renteral. P lasticizer, ang memili an penting bagai pensta Memisoglu-B polimer, po 006). Tekni ode evapor polimer dan organik (x = 80, y = nuh. Bobot 895 g/cm3. digunakan emperbaiki Asam oleat kan dalam CH2O)80H) ngan rantai en bersifat asa disebut ang banyak n penstabil enggunaan dan dapat iki tingkat poloxamer abil sistem, Bilensoy et olimerisasi ik dispersi asi pelarut obat yang kemudian = 27, dan
11
ditambahkan surfaktan agar membentuk emulsi minyak dalam air, stelah itu dilakukan penguapan pelarut. Pada teknik polimerisasi, monomer di polimerisasi dalam larutan berair untuk membentuk nanopartikel. Kemudian suspensi nanopartikel dipisahkan dari zat penstabil dan surfaktan dengan menggunakan sentrifugasi. Pada teknik gelasi ionik dilakukan pencampuran antara polimer yang bersifat polikation dengan polianion.
Menurut Tiyaboonchai (2003) nanopartikel dapat dibuat dengan empat metode. Metode tersebut diantaranya gelasi ionik, mikroemulsi, difusi emulsifikasi pelarut dan komplek polielektrolit. Metode yang berkembang luas adalah metode gelasi ionik (Tiyaboonchai 2003; Mohanraj & Chen 2006) dan metode pembentukan kompleks polielektrolit (Tiyaboonchai 2003). Pada metode gelasi ionik, dilakukan pencampuran polikation kitosan dengan polianion sodium tripolifosfat yang mengakibatkan interaksi antara muatan positif pada gugus amino kitosan dan muatan negatif pada TPP. Beberapa peneliti yang menggunakan metode gelasi ionik kitosan dengan TPP antara lain: Kumar (2000) dalam pembentukan nanopartikel kitosan poli(etilen oksida), ukuran nanopartikel yang diperoleh berkisar 200–1000 nm. Wu et al (2005) melakukan pembentukan nanopartikel kitosan terisi amonium glisirrizinat menghasilkan ukuran nanopartikel 20–80 nm. Proses homogenisasi pada metode gelasi inonik ini dilakukan dengan menggunakan pengaduk magnetik pada suhu kamar. Wahyono et al. (2010) melakukan proses homogenisasi material yang digunakan pada pembentukan nanopartikel dengan menggunakan metode ultrasonikasi.
Sonokimia
Spektrum suara (Sonic) yang memiliki frekuensi sangat tinggi disebut ultrasonik. Rentang frekuensi ultrasonik yaitu 20 kHz–10 MHz. Ultrasonik dibagi menjadi tiga golongan utama: frekuensi rendah (20–100 kHz), frekuensi menengah (100 kHz–1 MHz), dan frekuensi tinggi (1–10 MHz). Ultrasonik dengan frekuensi 20 kHz – 1 MHz banyak digunakan dalam bidang kimia yang biasa disebut dengan sonokimia (Sonochemistry). Frekuensi ultrasonik diatas 1 MHz banyak digunakan dalam bidang kedokteran seperti pencitraan, analisis aliran darah, kedokteran gigi, sedot lemak, ablasi tumor, dan penghancuran batu ginjal (Schroeder et al. 2009).
12
Prinsip sonokimia sangat berkaitan dengan fenomena kavitasi akustik yaitu pembentukan, pertumbuhan, dan pecahnya gelembung yang terbentuk dalam medium cairan (Schroeder et al. 2009). Pada fenomena kavitasi suara ultrasonik yang menjalar di dalam medium cair memiliki kemampuan untuk membangkitkan gelembung atau rongga (cavity) di dalam medium cair tersebut. Ketika gelombang ultrasonik menjalar pada medium cairan terjadi siklus regangan dan rapatan. Turunnnya tekanan mengakibatkan terjadinya regangan sehingga membentuk gelembung yang akan menyerap energi dari gelombang ultrasonik, sehingga gelembung tersebut dapat memuai sampai ukuran maksimum dan akhirnya pecah (Hielscher 2005). Menurut Schroeder et al. (2009) pecahnya gelembung mengakibatkan terjadinya kondisi ekstrem yaitu kenaikan suhu lokal mencapai suhu 5000 K serta kenaikan tekanan mencapai 1000 atm dengan kecepatan pemanasan sampai pendinginan >1010 K/s. Kondisi ekstrem ini menyebabkan terjadinya pemutusan ikatan kimia yang disebut dengan teori Hot Spot (Gambar 5).
Kavitasi dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya: amplitudo, suhu, tekanan, konsentrasi dan viskositas (Hielscher 2005). Sedangkan menurut Gronroos (2010) faktor yang mempengaruhi proses kavitasi adalah: frekuensi, intensitas, pelarut, suhu, tekanan, penghancuran gas dan partikel, serta kelemahan pada alat ultrasonik. Kenaikan frekuensi ultrasonik mengakibatkan menurunnya pembentukan gelembung kavitasi. Dengan frekuensi tinggi maka periodenya lebih pendek, sehingga waktu yang dibutuhkan untuk proses kavitasi tidak mencukupi. Pada frekuensi yang mendekati 10 MHz proses kavitasi tidak terbentuk (Gronroos 2010). Untuk ultrasonik seperti gelombang suara, panjang gelombang (λ) berhubungan dengan cepat rambat suara (Vs) dalam medium dan frekuensi (f) yang dinyatakan pada persamaan (1).
=λ ……….(1)
Menurut Groonroos (2010) intensitas ultrasonik merupakan salah satu faktor penting pada proses kavitasi. Intensitas diartikan sebagai jumlah energi yang mengalir per luas area, yang dinyatakan dengan persamaan (2) berikut:
13
dimana E adalah energi dan Vs adalah cepat rambat suara. Hielscher (2005) menyatakan bahwa intensitas bergantung pada amplitudo (A), tekanan (P), volume reaktor (VR), temperatur (T), viskositas (η) dan lain-lain yang
dinyatankan pada persamaan (3).
[ / ] = (A[μ ], P[ ], V [ ], T[ C],η[cP], …….(3)
Tang et al (2003) melakukan proses ultrasonikasi pada kitosan-TPP dengan menggunakan ragam amplitudo (20, 40, 60 dan 80) selama (2, 5, 8 dan 10 menit), hasil yang diperoleh ternyata proses ultrasonikasi dapat menurunkan rata-rata diameter partikel. Penelitian tersebut juga dapat membuktikan bahwa semakin meningkatnya amplitudo dan waktu pada proses ultrasonikasi mampu menurunkan rata-rata diameter partikel. Hal tersebut sesuai dengan hasil penelitian Tsai et al. (2008), yaitu semakin lama proses ultrasonikasi pada kitosan-TPP diameter partikel yang diperoleh semakin menurun.
Faktor lain yang akan mempengaruhi proses kavitasi, yaitu penambahan surfaktan dalam medium cairan. Surfaktan akan terakumulasi di bagian antarmuka antara gas dan cairan pada gelembung kavitasi yang akan menurunkan tegangan permukaan gelembung. Turunnya tegangan permukaan akan mengakibatkan bertambahnya kecepatan pembentukan gelembung. Namun, gelembung yang terbentuk tidak stabil dan akhirnya pecah menjadi ukurang yang lebih kecil di bandingkan gelembung dalam medium cairan tanpa penambahan surfaktan (Schroeder et al. 2009). Gelombang kejut yang dihasilkan pada saat ultrasonikasi dapat memisahkan gumpalan partikel dan terjadi dispersi sempurna dengan penambahan surfaktan sebagai penstabil (Hielscher 2005).
Pada penelitian dengan efek ultrasonik banyak menggunakan peralatan yang berbentuk probe. Alat tipe probe ini merupakan alat yang paling akurat dan efektif
14
untuk skala laboratorium karena alat ini dapat menghasilkan gelombang ultrasonik dengan intensitas tinggi yaitu 50 – 500 W/cm2 serta mudah dikontrol pada suhu ruang dan tekanan atmosfer. Peralatan komersial lainnya yaitu tipe cleaning bath yang memiliki intensitas rendah (~ 1 W/cm2). Oleh sebab itu peralatan ultrasonik tipe probe banyak dingunakan dalam pembuatan nanopartikel (Wahyono et al. 2010).
BAHAN DAN METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Pelaksanaan penelitian dari bulan Januari sampai Mei 2011 yang dilakukan di Laboratorium Kimia Organik IPB, Laboratorium Kimia Fisik IPB, Laboratorium Biofisik IPB, Laboratorium Terpadu FKH IPB, Balai Inkubator Teknologi (BIT) BPPT Gedung 410 ruang 129 Kawasan PUSPIPTEK Serpong, PT BIN BATAN Kawasan Puspiptek Serpong, Pusat Antar Universitas (PAU) IPB, Laboratorium Geologi Quarterner PPGL Bandung dan Pusat Laboratorium Terpadu UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan pada penelitian ini diantaranya adalah kitosan udang (C6H11NO4)n dari Bratachem (kadar air 9,94%, kadar abu 0,61%, derajat
deasetilasi 77,26%, dan bobot molekul 3×105 g/mol), ketoprofen (C16H14O3) dari
PT. Kalbe Farma, asam oleat, poloxamer 188, buffer fosfat pH 7,2, natrium Tripolifosfat (STPP).
Alat yang digunakan di antaranya homogenyzer Ultra-Turax T8, Turbidimeter jenis 2100 P, Viscometer TV-10, ultrasonic processor Cole Parmer 130 Watt 20 kHz jenis probe CV 18, sentrifusa kecepatan tinggi Himac CR 21G, particle size analyzer Delsa Nano C, pengering semprot Buchi 190, FTIR jenis Perkin Elmer seri SpectrumOne, spektrofotometer UV-Vis jenis UV-1700 PharmaSpec, pengocok, SEM JEOLJSM-6360LA, pH meter Toa HM-20S, dan XRD PW 1710 Philips.
Metode Penelitian
Penelitian ini terdiri atas lima tahap, yaitu pemilihan jenis surfaktan, optimasi kondisi ultrasonikasi, pemilihan formula nanopartikel kitosan terisi ketoprofen terbaik, pencirian nanopartikel kitosan terisi ketoprofen dan efisiensi penjerapan ketoprofen pada nanopartikel kitosan.
1. Pemilihan jenis surfaktan
Pemilihan jenis surfaktan dilakukan dengan menggunakan formula P (Tabel 2). Surfaktan yang digunakan adalah asam oleat (formula PO) dan poloxamer 188
16
(formula PP). Kitosan dilarutkan dalam asam asetat 2%, ketoprofen dan asam oleat dilarutkan dalam etanol, sedangkan TPP dan poloxamer 188 masing-masing dilarutkan dalam air bebas ion. Ke dalam 100 mL larutan kitosan ditambahkan 40 mL TPP sambil dihomogenkan dengan kecepatan 13500 rpm selama 5 menit untuk mendapatkan kitosan yang terikat silang dengan TPP, kemudian ditambahkan 40 mL ketoprofen dengan konsentrasi 0,2 mg/mL dan 20 mL surfaktan (asam oleat atau poloxamer 188), lalu dihomogenkan kembali. Formula yang telah homogen diukur nilai turbiditasnya (T0) dan viskositasnya. Partikel yang ada dalam formula kemudian dipecah dengan proses ultrasonikasi. Masing-masing formula diultrasonikasi pada kondisi yang sama yaitu tiap 25 mL menggunakan gelas piala 50 mL selama 30 menit (Wahyono et al. 2010) dengan amplitudo 20, 30 dan 40. Setelah diultrasonikasi, diukur kembali nilai turbiditasnya (Ta) dan selanjutnya disentrifugasi selama 2 jam dengan kecepatan 19900 rpm untuk memisahkan partikel yang masih berukuran besar. Supernatan yang diperoleh diukur turbiditasnya (Tb) dan formula yang memiliki turbiditas terkecil yang kemudian dianalisis dengan menggunakan PSA untuk mengetahui ukuran partikelnya. Jenis surfaktan terpilih adalah surfaktan yang menghasilkan nilai turbiditas terkecil dan dapat membantu pembentukan nanopartikel.
2. Optimasi kondisi ultrasonikasi
Optimasi kondisi ultrasonikasi dilakukan dengan menggunakan formula P dan surfaktan terpilih dari tahap 1. Proses yang dilakukan sama dengan tahap 1, tetapi proses ultrasonikasi dilakukan pada kondisi yang beragam. Ultrasonikasi dilakukan dengan ragam waktu (10, 20, 30, 45, dan 60 menit) dan ragam amplitudo (20, 30 dan 40). Kondisi ultrasonikasi optimum adalah waktu dan amplitudo ultrasonikasi yang menghasilkan nilai turbiditas terkecil dan jumlah partikel berukuran 10-1000 nm terbanyak.
3. Pemilihan formula nanopartikel kitosan terisi ketoprofen terbaik
Pemilihan formula nanopartikel kitosan terisi ketoprofen terbaik ini menggunakan tiga formula terbaik Wahyono et al. (2010) dengan komposisi material terdapat pada Tabel 2. Pada tahap ini digunakan surfaktan terpilih dengan kondisi ultrasonikasi optimum dari tahap 1 dan 2. Formula terpilih
17
adalah formula yang menghasilkan nilai turbiditas dan rata-rata diameter partikel terkecil.
Tabel 2 Kombinasi konsentrasi kitosan, TPP, ketoprofen dan surfaktan (Wahyono et al. 2010)
Formula Kitosan % (b/v) (mg/mL) TPP Ketoprofen (mg/mL) Surfaktan (mg/mL)
P 3,00 0,84 0,20 1,50
A 2,50 0,84 0,20 0,10 B 2,50 0,84 0,20 0,80
4. Pencirian nanopartikel kitosan terisi ketoprofen (Sundar 2010)
Ukuran partikel kitosan terisi ketoprofen dianalisis dengan menggunakan PSA. Sedangkan karakteristik bentuk partikel, gugus fungsi dan kristalinitasnya berturut-turut dianalisis dengan menggunakan SEM, FTIR dan XRD yang menggunakan formula yang telah dikeringkan terlebih dahulu dengan menggunkan pengering semprot.
5. Efisiensi penjerapan ketoprofen pada nanopartikel (Wahyono et al. 2010) Sebanyak 25 mg nanopartikel kitosan ditimbang dan dilarutkan ke dalam 50 mL bufer fosfat pH 7,2. Campuran tersebut dikocok selama 24 jam lalu disaring. Filtrat yang diperoleh dibaca absorbansnya dengan spektrofotometer UV pada λmaks 259,8. Absorbans yang diperoleh digunakan untuk menentukan
konsentrasi ketoprofen dengan bantuan kurva standar. Kurva standar dibuat dengan cara larutan ketoprofen dalam bufer fosfat pH 7,2 dengan konsentrasi 1-10 mg/L diukur absorbansnya pada λmaks 259,8. Data yang diperoleh
merupakan kurva hubungan antara konsentrasi ketoprofen dan absorbansnya. Sebagai koreksi diukur juga nanopartikel kitosan kosong atau tanpa penambahan ketoprofen. Efisiensi penjerapan dihitung dengan menggunakan persamaan (4):
EP =(x mg L × 1 L 1000 mL⁄ ⁄ × vol. ekstraksi × a mg b mg)⁄
Massa ketoprofen awal (mg) × 100% … . (4) dengan: x = nilai konsentrasi ketoprofen dalam formula
a = massa total nanopartikel yang diperoleh
b = massa nanopartikel yang digunakan untuk penentuan efisiensi .
18
+ Asam asetat 2%
+ Air bebas
ion + Air bebas ion
+ Etanol
Gambar 6 Strategi penelitian.
XRD FTIR Efisiensi Penjerapan
Kitosan TPP Ketoprofen Poloxamer 188
Sentrifugasi (19900 rpm, 2 jam) Ultrasonikasi (t= 60 mnt, A= 40) Spray Dry Supernatan Kitosan terikat silang dengan TPP Turbiditas PSA Viskositas Homogenisasi (13500 rpm, 5 mnt) SEM
HASIL DAN PEMBAHASAN
Jenis Surfaktan Terpilih
Tahap awal penelitian ini dilakukan pemilihan jenis surfaktan. Pada tahap pemilihan jenis surfaktan ini menggunakan formula yang sama yaitu formula P. Surfaktan yang digunakan adalah asam oleat (formula PO) dan poloxamer 188 (formula PP). Surfaktan terpilih adalah surfaktan yang menghasilkan nilai turbiditas terkecil dan dapat membantu pembentukan nanopartikel. Pembuatan nanopartikel pada formula PO dan PP menggunakan metode homogenisasi, ultrasonikasi dan sentrifugasi. Proses homogenisasi dengan kecepatan 13500 rpm selama 5 menit dilakukan pada saat mencampurkan kitosan dengan TPP untuk mempercepat terbentuknya ikatan silang kitosan-TPP, dan dilakukan pada saat mencampurkan ketoprofen dan surfaktan (asam oleat atau poloxamer 188) kedalam kitosan-TPP. Proses homogenisasi juga membantu mempermudah dan mempercepat pembentukan emulsi antara kitosan-TPP dan ketoprofen dengan menggunakan surfaktan asam oleat atau poloxamer 188. Setelah terbentuk formula yang homogen dilakukan pemecahan partikel dengan cara ultrasonikasi. Proses ultrasonikasi pada formula PO dan PP dilakukan selama 30 menit dengan ragam amplitudo 20, 30, dan 40. Pemisahan partikel yang masih berukuran besar dilakukan dengan sentrifugasi dengan kecepatan 19900 rpm selama 2 jam. Supernatan yang diperoleh dari hasil sentrifugasi kemudian dianalisis nilai turbiditasnya dengan menggunakan turbidimeter.
Parameter awal untuk memprediksikan telah terjadi degradasi kitosan menjadi molekul yang lebih kecil adalah dengan mengukur turbiditasnya. Secara visual formula PO1 dan PP7 yang keduanya diultrasonikasi pada amplitudo 20 selama 30 menit menghasilkan penampilan yang berbeda. Formula PO1 tampak
20
lebih keruh dibandingkan formula PP7 (Gambar 7). Berdasarkan Gambar 7 tersebut diprediksikan bahwa formula PP7 memiliki turbiditas dan ukuran partikel yang lebih kecil dibandingkan formula PO1. Pengukuran turbiditas dilakukan pada masing-masing formula tiap setelah homogenisasi (T0), setelah ultrasonikasi (Ta), dan setelah sentrifugasi (Tb). Semakin kecil nilai turbiditas diasumsikan ukuran partikel yang ada didalam formula juga semakin kecil. Setelah dianalisis menggunkanan turbidimeter, ternyata formula PO memiliki turbiditas yang lebih besar dibandingkan dengan formula PP (Tabel 3). Turbiditas terendah pada formula PO adalah 121,60 NTU (formula PO1) yang diultrasonikasi selama 30 menit dengan amplitudo 20. Oleh karena itu formula PO1 dianalisis dengan menggunakan PSA untuk mengetahui ukran partikel yang sebenarnya. Agar dapat diketahui pengaruh dari jenis surfaktan yang digunakan, maka formula PP yang dianalisis dengan menggunakan PSA adalah formula yang diultrasonikasi dengan kondisi yang sama pada formula PO1 yaitu formula PP7.
Tabel 3 Hubungan jenis surfaktan dan kondisi ultrasonikasi dengan nilai turbiditas Formula Ultrasonikasi Tb (NTU) t (menit) A E (Joule) PO1 30 20 4188 121,60 PO2 30 30 7195 124,60 PO3 30 40 9710 127,80 PP7 30 20 4298 11,72 PP8 30 30 7211 10,64 PP9 30 40 10256 9,54
PO: Formula P dengan surfaktan asam oleat, PP: Formula P dengan surfaktan poloxamer 188.
Walaupun proses ultrasonikasi dilakukan dengan kondisi yang sama pada formula PO1 dan PP7, hasil analisis PSA membuktikan bahwa formula PO1 tidak dapat menghasilkan nanopartikel sedangkan formula PP7 menghasilkan 93,05% nanopartikel yang berukuran 700,2 nm (Tabel 4). Wahyono et al. (2010) menggunakan asam oleat dan ultrasonikasi selama 30 menit yang menghasilkan 58,08% nanopartikel kitosan terisi ketoprofen. Namun penentuan jumlah nanopartikel pada penelitian tersebut dilakukan dengan cara perhitungan manual pada foto SEM dari masing-masing formula yang disintesis. Asam oleat tidak
21
mampu menghasilkan nanopartikel yang lebih banyak, karena asam oleat memiliki HLB lebih rendah dari poloxamer 188. Nilai HLB asam oleat adalah 1 sedangkan poloxamer 188 adalah 29. Nilai HLB sangat mempengaruhi kestabilan partikel dalam medium cairan. Semakin tinggi nilai HLB dari surfaktan, maka semakin mampu menstabilkan partikel yang ada dalam medium air. Surfaktan dengan nilai HLB >8 akan mempromosikan jenis emulsi tipe o/w (Birdi 2010). Tiap formula yang dibuat pada penelitian ini termasuk tipe emulsi o/w yang mengandung sekitar 75% air sehingga poloxamer 188 lebih mampu menstabilkan formula dibandingkan dengan asam oleat. Kestabilan turbiditas dari formula PO diamati selama 7 hari dan ternyata semakin lama waktu penyimpanan mengakibatkan semakin naiknya nilai turbiditas, bahkan pada hari ke-7 nilai turbiditas dari setiap formula PO mendekati nilai turbiditas sebelum dilakukan proses ultrasonikasi (Lampiran 2b).
Tabel 4 Jumlah nanopartikel berdasarkan jenis surfaktan dan turbiditas
Formula Ultrasonikasi Tb (NTU) Kisaran diameter partikel (nm) Rata-rata (nm) ∑ Nano (%) t (mnt) A (Joule) E PO1 30 20 4188 121,60 2285,00 - 3204,00 2.621,5 ± 183,7 0,00 PP7 30 20 4298 11,72 529,10 - 2892,80 700,2 ± 200,7 93,05 PO: Formula P dengan surfaktan asam oleat, PP: Formula P dengan surfaktan poloxamer 188.
Sugita et al. (2010a) melakukan sintesis nanoenkapsulasi ketoprofen tersalut kitosan-alginat berdasarkan jenis dan ragam konsentrasi surfaktan. Surfaktan yang digunakan pada penelitian tersebut adalah Tween 80 (HLB = 15) dan Span 80 (HLB = 4,3). Jumlah nanokapsul tertinggi ternyata diperoleh pada konsentrasi surfaktan 3% v/v, pada formula dengan menggunakan Tween 80 menghasilkan 53,23% nanokapsul sedangkan formula yang menggunakan Span 80 hanya menghasilkan 34,31% nanokapsul, dari penelitian tersebut dapat dibuktikan bahwa penggunaan surfaktan dengan nilai HLB yang lebih besar dapat membantu memperbanyak partikel berukuran nanometer yang dihasilkan. Penggunaan poloxamer 188 sebagai surfaktan lebih efektif dibandingkan dengan asam oleat. Poloxamer 188 dapat membantu dalam pembentukan nanopartikel. Memisoglu-Bilensoy et al (2006) menyatakan bahwa adanya pluronic F68 (poloxamer 188) dalam sistem nanopartikel memainkan pernan penting tidak hanya sebagai
22
penstabil sistem, tetapi tentunya mereduksi ukuran partikel. Oleh karena itu surfaktan terpilih adalah poloxamer 188 karena menghasilkan nilai turbiditas lebih rendah dan dapat membantu dalam pembentukan nanopartikel kitosan terisi ketoprofen.
Kondisi Ultrasonikasi Optimum
Kondisi ultrasonikasi optimum adalah waktu dan amplitudo ultrasonikasi yang dapat menghasilkan nilai turbiditas terkecil dan jumlah partikel berukuran 10-1000 nm terbanyak. Untuk mengetahui kondisi ultrasonikasi yang optimal, maka formula PP diultasonikasi dengan menggunakan ragam waktu (10, 20, 30, 45 dan 60 menit) dan amplitudo (20, 30 dan 40). Semakin tinggi waktu dan amplitudo ultrasonikasi yang digunakan pada formula PP akan menghasilkan energi yang semakin tinggi (Gambar 8). Tang et al. (2003) dan Tsai et al (2008) menyatakan bahwa penggunaan waktu yang lebih lama dan amplitudo yang tinggi pada proses ultrasonikasi, memiliki energi yang lebih banyak dalam pembentukan efek kavitasi. Energi ultrasonikasi yang besar diharapkan proses pemecahan partikel berjalan dengan baik. Pengukuran nilai turbiditas dilakukan pada masing-masing formula untuk memprediksikan ukuran partikel. Semakin kecil nilai turbiditas suatu formula menunjukkan proses kavitasi berjalan dengan baik sehingga ukuran partikelnya semakin kecil. Tabel 5 memperlihatkan hubungan antara waktu, amplitudo serta energi ultrasonikasi terhadap turbiditas dari suatu formula. Semakin tinggi waktu dan amplitudo ultrasonikasi pada formula PP menghasilkan energi yang semakin tinggi dan turbiditas yang rendah.
0 5000 10000 15000 20000 25000 0 10 20 30 40 50 Energ i (J ou le) Amplitudo 10 menit 20 menit 30 menit 45 menit 60 menit
23
Tabel 5 Hubungan kondisi ultrasonikasi dengan nilai turbiditas formula PP
Formula ultrasonikasi Tb (NTU) t (menit) A E (Joule) PP1 10 20 1427 30,09 PP2 10 30 2556 29,81 PP3 10 40 3543 28,02 PP4 20 20 2962 29.97 PP5 20 30 5168 27,77 PP6 20 40 7023 27,25 PP7 30 20 4298 11,72 PP8 30 30 7211 10,64 PP9 30 40 10256 9,54 PP10 45 20 5920 11,22 PP11 45 30 9611 10,56 PP12 45 40 14744 7,88 PP13 60 20 8252 10,88 PP14 60 30 13475 10,13 PP15 60 40 20215 6,68
Analisis dengan menggunkan PSA juga dilakukan untuk mengetahui ukuran partikel yang sebenarnya. Hasil analisis PSA kemudian dibandingkan dengan nilai turbiditas dari masing-masing formula untuk membuktikan bahwa semakin kecil nilai turbiditas suatu formula, maka ukuran partikelnya juga semakin kecil. Tabel 6 menggambarkan bahwa semakin tinggi waktu dan amplitudo yang digunakan menghasilkan energi yang semakin tinggi. Energi yang tinggi menghasilkan turbiditas yang rendah dan ukuran partikel yang kecil. Hal tersebut sesuai dengan hasil penelitian dari Tang et al (2003) yang melakukan proses ultrasonikasi pada kitosan-TPP, dan dapat dibuktikan bahwa semakin meningkatnya amplitudo dan waktu pada proses ultrasonikasi mampu menurunkan diameter rata-rata partikel. Tsai et al. (2008) juga membuktikan bahwa semakin tinggi waktu radiasi ultrasonik dapat menurunkan diameter rata-rata partikel kitosan-TPP. Berdasarkan Tabel 6 formula yang memiliki ukuran partikel lebih kecil adalah formula PP15 (rata-rata diameter partikelnya 355,3±101,1 nm) yang diultrasonikasi selama 60 menit dengan amplitudo 40. Kondisi ultrasonikasi optimum adalah pada waktu 60 menit dengan amplitudo 40 yang menghasilkan turbiditas dan ukuran partikel terkecil. Kondisi ultrasonikasi optimum ini yang kemudian digunakan untuk mensintesis nanopartikel pada formula lainnya.
24
Tabel 6 Jumlah nanopartikel berdasarkan waktu, amplitudo, energi ultrasonikasi dan turbiditas pada formula PP
Formula Ultrasonikasi Tb (NTU) Kisaran diameter partikel (nm) Rata-rata (nm) ∑ Nano (%) t (mnt) A (Joule) E PP7 30 20 4298 11,72 529,10 - 2892,80 700,2 ± 200,7 93,05 PP9 30 40 10256 9,54 473,30 - 1993,80 638,3 ± 151,5 97,07 PP15 60 40 20215 6,68 275,00 - 1578,30 355,3 ± 101,1 99,79
Formula nanopartikel kitosan terisi ketoprofen terbaik
Pemilihan formula nanopartikel kitosan terisi ketoprofen terbaik menggunakan tiga formula dari Wahyono et al. (2010) yang memiliki jumlah nanopartikel dan efisiensi penjerapan >50% (Tabel 2). Penggunaan kitosan dikarenakan kitosan merupakan biopolimer yang tidak beracun, mudah terdegradasi, dan biokompatibel yang banyak digunakan sebagai pengantar obat (Ru et al. 2009). Namun kitosan bersifat rapuh, sehingga perlu dilakukan modifikasi kimia dan modifikasi fisik. Untuk memperkuat matriks kitosan digunakan TPP yang merupakan senyawa pengikat silang yang bersifat tidak beracun. Kitosan-TPP telah digunakan oleh Wahyono et al. (2010) dan Sugita et al. (2010a) sebagai penyalut ketoprofen. Obat anti inflamasi ketoprofen memiliki waktu eliminasi yang cepat yaitu 1,5–2 jam sehingga perlu disalut oleh kitosan-TPP agar pelepasan ketoprofen dalam tubuh lebih terkendali. Agar lebih tepat sasaran dan dapat melewati penghalang pada sistem metabolisme perlu dilakukan modifikasi fisik yaitu pembentukan nanopartikel.
Kelebihan menggunakan nanopartikel sebagai sistem pengantaran obat antara lain (1) ukuran partikel dan karakteristik permukaan nanopartikel dapat dengan mudah dimanipulasi sesuai dengan target pengobatan; (2) nanopartikel mengatur dan memperpanjang pelepasan obat selama proses transpor obat ke sasaran; (3) obat dapat dimasukan ke dalam sistem nanopartikel tanpa reaksi kimia; dan (4) sistem nanopartikel dapat diterapkan untuk berbagai sasaran pengobatan, karena nanopartikel masuk ke dalam sistem peredaran darah dan di bawa oleh darah menuju target pengobatan (Mohanraj & Chen 2006). Nanoteknologi pada formulasi obat tidak hanya mempertinggi absorpsi pada obat dengan kelarutan rendah dalam air tetapi memperbaiki keefektifan pengobatan obat dalam penelitian farmasi. Formulasi nanopartikel adalah suatu hal baru dalam
25
sistem pengantaran obat dengan memiliki keuntungan yang bermacam-macam, mencakup meningkatnya kelarutan obat, meningkatkan kecepatan disolusi, memperbaiki bioavailabilitas, dan menurunkan dosis yang dibutuhkan untuk efek sesuatu, dibandingkan dengan obat kasar atau ukuran mikro (Yen et al. 2008).
Tabel 7 Hubungan konsentrasi material, viskositas, energi ultrasonikasi, dan turbiditas Formula Konsentrasi* Viskositas (cP) Ē (Joule) Tb (NTU) C (%b/v) P-188 (mg/mL) P 3,00 1,50 14,24 20215 6,68 A 2,50 0,10 12,93 20389 5,90 B 2,50 0,80 12,95 20785 5,42
*C (kitosan), P-188 (poloxamer 188), konsentrasi T (TPP): 0,84 mg/mL, K (ketoprofen): 0,2 mg/mL, masing-masing formula diultasonikasi pada A:40 selama 60 menit.
Ketiga formula yang disintesis menggunakan poloxamer 188 sebagai surfaktan dan diultrasonikasi selama 60 menit dengan amplitudo 40. Tiga formula yang disintesis menghasilkan energi dan turbiditas yang berbeda walaupun proses sintesisnya dalam kondisi ultrasonikasi dan surfaktan yang sama (Tabel 7). Perbedaan tersebut dipengaruhi oleh konsentrasi material yang terkandung dari masing-masing formula. Penggunaan kitosan 3% b/v pada formula P memiliki nilai viskositas lebih tinggi dibandingkan dengan formula A dan B yang menggunakan kitosan 2,5% b/v. Hal tersebut dapat menggambarkan bahwa semakin tinggi konsentrasi kitosan yang digunakan maka formula yang dihasilkan semakin kental (nilai viskositasnya tinggi). Nilai viskositas berbanding terbalik dengan energi yang dihasilkan dari proses ultrasonikasi. Menurut Gronroos et al. (2001) semakin tinggi energi ultrasonikasi yang digunakan menghasilkan viskositas yang semakin menurun. Formula yang memiliki nilai viskositas rendah memiliki energi yang tinggi dan memiliki turbiditas yang rendah. Rendahnya nilai viskositas dapat mempermudah terjadinya gelembung kavitasi. Ketika gelombang ultrasonik merambat dengan amplitudo tinggi pada medium cairan yang memiliki viskositas rendah akan menghasilkan gelembung kavitasi yang cukup besar dan menghasilkan energi yang cukup tinggi untuk mereduksi ukuran partikel. Nilai viskositas berbanding lurus dengan nilai konsentrasi kitosan. Konsentrasi kitosan yang lebih tinggi menghasilkan viskositas tinggi, energi ultrasonikasi rendah dan
26
turbiditas tinggi. Berdasarkan Tabel 7 formula P memiliki konsentrasi kitosan tertinggi yaitu 3% b/v sehingga memiliki turbiditas teringgi pula dibandingkan formula A dan formula B yaitu 6,68 NTU. Maka dapat diindikasikan bahwa formula P memiliki ukuran diameter partikel lebih tinggi dari formula A dan formula B.
Selain konsentrasi kitosan dan viskositas formula, faktor lain yang akan mempengaruhi proses kavitasi, yaitu penambahan surfaktan dalam medium cairan. Surfaktan akan terakumulasi di bagian antarmuka antara gas dan cairan pada gelembung kavitasi yang akan menurunkan tegangan permukaan gelembung. Turunnya tegangan permukaan akan mengakibatkan bertambahnya kecepatan pembentukan gelembung. Namun, gelembung yang terbentuk tidak stabil dan akhirnya pecah menjadi ukurang yang lebih kecil di bandingkan gelembung dalam medium cairan tanpa penambahan surfaktan (Schroeder et al. 2009). Gelombang kejut yang dihasilkan pada saat ultrasonikasi dapat memisahkan gumpalan partikel dan terjadi dispersi sempurna dengan penambahan surfaktan sebagai penstabil (Hielscher 2005). Formula P, A, dan B merupakan emulsi o/w yang masing-masing mengandung 75% air, sehingga memerlukan surfaktan dengan nilai HLB lebih besar dari 8 yang mampu menstabilkan emulsi pada medium berair (tipe o/w). Poloxamer 188 memiliki HLB = 29, sehingga poloxamer 188 mampu menurunkan tegangan permukaan pada saat terjadi proses kavitasi dan mampu menstabilkan partikel sehingga tidak terjadi aglomerasi (penggumpalan). Berdasarkan Tabel 8 dapat diduga bahwa formula B memiliki ukuran partikel lebih kecil dibandingkan dengan formula P dan A, karena formula B memiliki nilai turbiditas terkecil. Oleh karena itu untuk mengetahui ukuran partikel sebenarnya dilakukan analisis dengan menggunakan PSA.
Pengukuran partikel dengan menggunakan PSA dinilai lebih akurat jika dibandingkan dengan metode analisa gambar (mikrografi) dengan menggunakan SEM, TEM dan AFM terutama untuk sampel-sampel dalam orde nanometer dan submicron yang biasanya memliki kecenderungan aglomerasi yang tinggi. Hal ini dikarenakan pada metode PSA, partikel didispersikan ke dalam media sehingga partikel tidak saling beraglomerasi (menggumpal). Dengan demikian ukuran partikel yang terukur adalah ukuran dari single particle. Selain itu hasil
27
pengukuran dalam bentuk distribusi, sehingga hasil pengukuran dapat diasumsikan sudah menggambarkan keseluruhan kondisi sampel. Pengukuran diameter partikel pada penelitian ini menggunakan metode particle size analyzer (PSA) dengan menggunakan alat Delsa Nano C yang memiliki kisaran pengukuran dari 0,6 nanometer hingga 7 mikrometer dengan berat molekul minimal 267 Dalton dan konsentrasi 1–40 ppm. Hasil analisis PSA terdapat pada Tabel 8.
Tabel 8 Jumlah nanopartikel dan indeks polidispersitas berdasarkan konsentrasi material, dan turbiditas
Formula Konsentrasi* Tb (NTU) Kisaran diameter partikel (nm) Rata-rata (nm) ∑ Nano (%) IP C (%b/v) P-188 (mg/mL) P 3,00 1,50 6,68 275,00 - 1578,30 355,3 ± 101,1 99,79 0,30 A 2,50 0,10 5,90 79,90 - 452,70 104,2 ± 30,4 100 0,39 B 2,50 0,80 5,42 60,40 - 340,10 78,2 ± 22,1 100 0,24 *C (kitosan), P-188 (poloxamer 188), konsentrasi T (TPP): 0,84 mg/mL, K (ketoprofen): 0,2 mg/mL, masing-masing formula diultasonikasi pada A:40 selama 60 menit.
Berdasarkan Tabel 8 nampak bahwa proses ultrasonikasi dapat menurunkan rata-rata diameter partikel. Ukuran nanopartikel yang diperoleh dipengaruhi oleh amplitudo, waktu radiasi ultrasonik, energi yang dihasilkan setelah ultrasonikasi, suhu larutan dan konsentrasi kitosan (Tang et al. 2003; Tsai et al. 2011).Ketiga formula yang disintesis menghasilkan jumlah nanopartikel yang banyak. Namun dari ketiganya memberikan distribusi ukuran partikel yang berbeda walaupun proses sintesisnya dalam kondisi yang sama yaitu homogenisasi dengan kecepatan 13500 rpm selama 5 menit, ultrasonikasi dengan amplitudo 40 selama 60 menit, dan sentrifugasi dengan kecepatan 19.900 rpm selama 2 jam. Hal tersebut dipengaruhi oleh konsentrasi material yang terkandung dalam formula masing-masing. Formula P yang memiliki konsentrasi kitosan 3% b/v menghasilkan ukuran rata-rata diameter partikel yang lebih besar (355,3 ± 101,1 nm) dibandingkan dengan formula A (104,2 ± 30,4 nm) dan formula B (78,2 ± 22,1 nm) yang masing-masing memiliki konsentrasi kitosan 2,5% b/v. Tsai et al. (2011) melakukan proses ultrasonikasi dengan daya 29 W selama 4 menit pada suhu 25⁰C pada kitosan-TPP dengan ragam konsentrasi 1, 2, 4 dan 10 mg/mL,
28
menghasilkan rata-rata diameter parikel berturut-turut 92,7±0,8, 127,8±0,3, 205,3±0,5, 709,2±1,7 nm. Berdasarkan penelitian tersebut dapat dinyatakan bahwa rata-rata diameter nanopartikel yang dihasilkan meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi kitosan.
Selain konsentrasi kitosan yang dapat mempengaruhi ukuran diameter partikel, konsentrasi poloxamer 188 memiliki peranan penting dalam mereduksi ukuran partikel. Berdasarkan Tabel 8 pada konsentrasi kitosan yang sama yaitu 2,5% b/v dapat menghasilkan jumlah nanopartikel sebanyak 100%. Namun formula B yang memiliki konsentrasi poloxamer 188 lebih tinggi yaitu 0,80 mg/mL menghasilkan ukuran partikel yang lebih kecil dibandingkan dengan formula A yang mengandung 0,10 mg/mL poloxamer 188. Semakin besar konsentrasi poloxamer 188 maka ukuran partikel yang dihasilkan juga semakin kecil karena poloxamer 188 membantu mengurangi tegangan permukaan pada saat terbentuknya gelembung kavitasi dalam proses ultrasonikasi, sehingga dapat terbentuk gelembung yang besar namun tidak stabil dan akhirnya pecah menjadi partikel yang berukuran lebih kecil. Cuscuta chinensis sukses dijadikan nanopartikel dengan menggunakan Pluronic F 68 (poloxamer 188) dengan ukuran rata-rata diameter 267,6 ± 4,4 nm dan nilai indeks polidispersitas 0,173 ± 0,041 dengan stabilitas nanopartikel yang cukup (Yen et al. 2008), hal tersebut diduga karena poloxamer 188 dapat larut dalam air, surfaktan nonionik kopolimer digunakan luas sebagai agen pelarut, emulsifier, dan penstabil suspensi untuk dosis dalam bentuk oral atau larutan, karena memiliki dua rantai hidrofilik polioksietilen yang berhubungan dengan rantai hidrofobik polioksipropilen (Chen et al. 2004; Shah et al. 2007).
Selain mengukur ukuran diameter partikel PSA juga dapat digunakan untuk mengetahui indeks polidispersitas (IP) yang merupakan ukuran lebarnya distribusi ukuran partikel. Untuk nilai IP yang lebih kecil dari 0,3, mengindikasikan sampel tersebut memiliki distribusi yang sempit dan juga menunjukkan formula nanopartikel yang sangat baik (Yen et al. 2008). Dari ketiga formula yang disintesis, formula B yang memiliki nilai IP terkecil yaitu 0,240, maka formula B dapat dinyatakan sebagai formula nanopartikel yang sangat baik.
29
Ukuran partikel berbanding lurus dengan nilai turbiditas pada formula yang disintesis dalam penelitian ini. Dengan kata lain semakin tinggi nilai turbiditas suatu formula maka ukuran partikelnya juga semakin tinggi. Oleh karena itu untuk mengetahui kestabilan ukuran partikel dilakukan pengontrolan nilai turbiditas selama 20 hari pada masing-masing formula dengan waktu pengukuran tiap 2 hari. Gambar 9 menunjukkan bahwa formula P dengan konsentrasi poloxamer 188 tertinggi yaitu 1,5 mg/mL merupakan formula yang paling stabil karena pada formula P dapat memperlambat peningkatan nilai turbiditas. Tingginya konsentrasi surfaktan dapat membantu stabilitas ukuran partikel karena surfaktan dapat mengurangi kemampuan partikel untuk mengalami aglomerasi (penggumpalan). Secara visual juga dapat terlihat bahwa formula yang telah disimpan selama 20 hari terlihat lebih keruh dibandingkan dengan formula yang segar (Gambar 10). Hasil penelitian ini sesuai denga Tsai et al. (2011) yang melakukan penyimpanan pada nanopartikel kitosan-TPP dengan konsentrasi kitosan 1 mg/mL selama 0, 1, 3, 6 dan 10 hari, ternyata setelah dilakukan penyimanan ukuran partikel mengalami kenaikan berturut-turut 92,7±0,8, 93,6±1,1, 94,1±0,3, 94,3±0,2, dan 94,8±0,8 nm. Begitu juga dengan konsentrasi kitosan 2 mg/mL yang dengan waktu penyimpanan 0, 1, 3, 6 dan 10 hari ukuran partikelnya berturut-turut 112,7±0,3, 113,5±0,1, 114,7±0,4, 116,0±0,4, dan 116,4±0,2 nm. Semakin meningkatnya nilai turbiditas dari formula selama proses penyimpanan disumsikan ukuran partikel dari formula tersebut semakin besar.
Gambar 9 Tingkat kestabilan turbiditas formula P, A, dan B berdasarkan waktu penyimpanan. 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Turbiditas (NTU) Penyimpanan (hari) Formula p Formula A Formula B
30
Karakterisasi nanopartikel kitosan terisi ketoprofen Analisis SEM
Nanopartikel kitosan terisi ketoprofen yang terbentuk dapat dibedakan secara visual setelah dianalisis menggunakan SEM. Analisis SEM ini berfungsi untuk mengidentifikasi morfologi permukaan, bentuk, serta ukuran nanopartikel kitosan yang ditampilkan melalui sebuah gambar. Berdasarkan pencirian formula B dengan menggunakan SEM pada perbesaran 2000× memperlihatkan bahwa nanopartikel kitosan terisi ketoprofen yang dihasilkan memiliki ukuran partikel yang seragam dan sebagian besar berbentuk sferis serta tidak mengalami aglomerasi (Gambar 11). Oleh karena itu untuk memperoleh ukuran partikel yang kecil dan seragam diperlukan formula yang memiliki nilai turbiditas kecil.
Gambar 11 Foto bentuk partikel formula B dengan menggunakan SEM perbesaran 2.000×.
Analisis FTIR
Karakterisasi gugus fungsi dilakukan dengan menggunakan analisis FTIR. Analisis ini perlu dilakukan untuk mengetahui perubahan gugus fungsi dari kitosan dan ketoprofen setelah diformulasi. Selain itu analisis FTIR juga digunakan untuk membandingkan apakah terjadi kerusakan pada formula yang Gambar 10 Perbandingan turbiditas formula (a) sebelum penyimpanan, dan (b)
setelah disimpan 20 hari.
