ENKAPSULASI NANOPARTIKEL SUPERPARAMAGNETIK Fe3O4
MENGGUNAKAN KITOSAN DAN ALGINAT YANG DIIMPREGNASI MANGOSTEEN SERTA MODIFIKASI MORFOLOGI MENGGUNAKAN KITOSAN DAN TAPIOKA Sri Indah Ihsani1, Primadhya Arif Ekaputra2, Lia Amelia Tresna Wulan
Asri3, Suyatman4, Bambang Sunendar Purwasasmita Institut Teknologi Bandung
5 Email : Received : 19 January 2015 Accepted : 20 February 2015 ABSTRACT
Fe3O4 particles possesses a super-paramagnetic trait which could be
utilized as a type of New Drug Delivery System (NDDS) material in hyperthermia therapy for cancer treatment, as well as contrast agent in cancer detection process using Magnetic Resonance Imaging (MRI). In this research, the synthesizing process of Fe3O4 nanoparticles is done with and
without the use of tapioca as a template through co-precipitation method. Fe3O4 nanoparticles synthesized without tapioca as a template produced
sphere like nanostructures with smallest diameters around 27 nm. On the other hand, Fe3O4 nanoparticles synthesized using tapioca as a template
produced rod like nanostructures with smallest lengths around 200 nm. The synthesized Fe3O4 is then encapsulated using chitosan and alginate, and
also impregnated with mangosteen. The result of the Fourier Transform Infra-Red (FTIR) test shows the existence of certain functional groups, such as Fe-O, C=O, C-C, C-O, N-H etc., in both types of samples which originated from chitosan, alginate and mangosteen. Vibrating Sample Magnetometer (VSM) test shows that both types of samples possess a super-paramagnetic trait.
Keywords : Fe3O4
Nanoparticles, Co-precipitation, Encapsulation, Nanorod, Nanosphere
ABSTRAK
Partikel Fe3O4 memiliki sifat superparamagnetik yang dapat digunakan
sebagai material New Drug Delivery System (NDDS) dalam terapi hipertermia pada kanker dan juga sebagai contrast agent dalam pencitraan Magnetic Resonance Imaging (MRI). Pada penelitian ini, dilakukan sintesis nanopartikel Fe3O4 dengan dan tanpa template tapioka menggunakan
metode ko-presipitasi. Nanopartikel Fe3O4 tanpa template tapioka
menghasilkan morfologi nanosphere dengan ukuran diameter sekitar 27 nm. Sedangkan nanopartikel Fe3O4 dengan template tapioka menghasilkan
morfologi nanorod dengan ukuran panjang sekitar 200 nm. Fe3O4 yang
dihasilkan kemudian dienkapsulasi menggunakan kitosan dan alginat serta diimpregnasi denganmangostin. Hasil Fourier Transform Infra-Red (FTIR) menunjukkan adanya gugus-gugus karakteristik Fe-O, C=O, C-C, C-O, N-H dan lainnya, pada kedua jenis sampel yang berasal dari kitosan, alginat dan mangostin. Hasil uji Vibrating Sample Magnetometer (VSM) pada kedua jenis sampel menunjukkan adanya sifat superparamagnetik.
Kata kunci : Nanopartikel Fe3O4, Metode ko-presipitasi, Enkapsulasi,
Nanorod, Nanosphere
PENDAHULUAN
Kanker adalah suatu penyakit mutasi pada sel dan terklasifikasi sebagai
tumor ganas [1]. Terapi yang umum dilakukan sampai saat ini meliputi
operasi pembedahan, radioterapi, dan obat-obatan anti kanker. Sayangnya, pengobatan semacam ini justru memiliki efek samping yang dapat membahayakan pasien,contohnya obat-obatan yang digunakan dalam kemoterapi dapat merusak jaringan tubuh yang sehat dan mengakibatkan
kerontokan[1].Salah satu metode yang potensial sebagai pengobatan kanker
adalah melalui hipertermia atau pemanasan jaringan.Kendala dari hipertermia itu sendiri adalah sulitnya melakukan pemanasan secara selektif agar jaringan yang sehat tidak ikut terpanaskan dan menjadi rusak[2].Agar proses hipertermia berjalan dengan lancar, dibutuhkan mekanisme penghantaran obat yang efektif dan efisien dan solusinya adalah sistem
penghantaran obat terbaru atau disebut juga New Drug Delivery System
(NDDS). NDDS memiliki keunggulan dibandingkan sistem penghantaran
obat konvensional yaitu kemampuan controlled release dan drug
targeting[3]
Selain pengobatan, tahap yang tidak kalah penting dalam pengobatan kanker adalah pendeteksian tumor itu sendiri, dan ini bisa dicapai
menggunakan MRI (Magnetic Resonance Imaging). Untuk mendapatkan
hasil pencitraan yang memiliki tingkat kejelasan lebih tinggi, digunakan
contrast agent berfungsi memberi kontras pada daerah tertentu dalam MRI[4]
Karena itu, dibutuhkan suatu material yang dapat memenuhi seluruh kebutuhan tersebut yang mana dalam penelitian ini digunakan Fe
.
3O4 yang
terenkapsulasi kitosan dan alginat, serta diimpregnasi mangosteen, karena
mangosteen memiliki senyawa xanthone yang merupakan suatu zat
antioksidan sebagai obat kanker alami [5].
METODOLOGI PENELITIAN Sintesisnanosphere dan nanorod Fe3O Fe
4
3O4 disintesis dengan metode kopresipitasi oleh ion-ion pembentukanya
yaitu Fe3+ berasal dari Fe(NO3)3.9H2O (Mr = 404 gr/mol) dan Fe2+ berasal
dari FeCl2.4H2O (Mr = 198,83 gr/mol). Larutan prekursor disiapkan dengan
melarutkan FeCl2.4H2O sebanyak 0,2985 gram ke dalam 150 mL aqua dm
dan melarutkan Fe(NO3)3.9H2O sebanyak 1,21 gram dilarutkan ke dalam
150 mL aqua dm secara terpisah. Setelah masing-masing larutan diaduk sampai tercampur rata, kedua larutan kemudian dicampurkan secara perlahan dan diaduk kembali sekitar 5 menit. Larutan Kitosan 2 % yang telah dibuat dituang sebanyak 10% dari total volume larutan prekursor
diaduk selama 15 menit. Khusus untuk jenis sampel nanorod, setelah
penambahan larutan Kitosan 2%, ditambahkan larutan kanji 0,5% sebanyak 5% dari total volume prekursor dan diaduk selama 15 menit. Setelah 15
menit maka untuk mendapat Fe3O4 maka perlu ditambahkan beberapa tetes
NH3 sampai larutan berwarna hitam dan larutan berada dalam kondisi basa
(pH 9). Dialiri Nitrogen selama 30 menit dalam suhu 70°C agar proses ini dalam kondisi maksimum. Setelah 30 menit, larutan diangkat lalu disentrifugasi. Endapan kemudian dipisahkan dari cairannya. Endapan yang dihasilkan berwarna hitam, kemudian dibilas sebanyak 5x dengan Aqua dm
dan disentrifugasi. Endapan berwarna hitam dikeringkan dengan vacuum
drying selama 24 jam lalu digerus menggunakan mortar, menghasilkan
serbuk berwarna hitam. Serbuk Fe3O4 kemudian dibakar dalam tungku
nitrogen selama 2 jam dengan suhu 500°C.Serbuk yang telah dibakar agar benar-benar halus maka perlu digerus kembali.
Proses Enkapsulasi dan Entrapment
Proses enkapsulasi nanopartikel Fe3O4 sebanyak 0,4 gram didispersikan
dalam 30 ml buffer asetat (0,2 M; pH = 3,5) dan diultrasonifikasi selama 10 menit. Larutan Kitosan 1% sebanyak 10 ml ditambahkan kedalam larutan tersebut kemudian diaduk selama 1 jam. Hasil enkapsulasi Fe3O4 dengan
permanen dan kemudian dibilas menggunakan aqua dm dan ethanol lalu dikeringkan.Proses enkapsulasi selanjutnya adalah dengan larutan alginat 0,5%, melakukan hal yang sama seperti enkapsulasi sebelumnya. Begitupun
proses entrapment dengan larutan mangostin dan enkapsulasi kembali
dengan larutan kitosan 1%. Perbandingan serbuk Fe3O4 dengan masing-masing larutan adalah 1:100.
Karakterisasi
Pada penelitian ini digunakan alatScanning Electron Microscope(SEM)
dengan tipe JEOL-JSM-6510LV. Alat karakterisasi yang digunakan untuk
Fourier Transform Infra-Red (FTIR) adalah Prestige 21 Shimadzu.
KarakterisasiX-Ray Diffraction (XRD) ini dilakukan di Laboratorium
Instrumen Analisis, Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri ITB dan Laboratorium Pusat Survei Geologi, Pusat Penelitian dan
Pengembangan Geologi Kelautan (PPGL) Bandung.Karakterisasi Vibrating
Sample Magnetometer (VSM) dilakukan di PTBIN-BATAN, Serpong.
HASIL PEMBAHASAN
Partikel nanomagnetik Fe3O4 disintesis melalui metode
ko-presipitasi.Dengan perbandingan 1 : 2 antara Fe2+ dan Fe3+ . Dengan metode
ini didapatkan endapan Fe3O4 yang berwarna hitam. Reaksi umum yang
terjadi pada proses sintesis Fe3O4 adalah sebagai berikut:
Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH- Fe3O4 + 4H2O Gambar 1 merupakan hasil SEM menunjukkan bahwa morfologi Fe3O4
tanpa tapioka membentuk nanosphere dengan ukuran partikel sekitar 27
nm. Morfologi dari Fe3O4 nanosphere yang dienkapsulasi kitosan dan
alginat serta di-entrapment mangostin, terbentuk sphere dengan ukuran
partikel 0,2 µm dan flower like structure dengan ukuran partikel 0,5 µm.
Morfologi Fe3O4 dengan template tapioka yang membentuk nanorod
dengan ukuran 200 nm. Hasil enkapsulasi Fe3O4 nanorod menggunakan
kitosan dan alginat serta entrapment mangostin membentuk kumpulan
cluster dengan ukuran sekitar 100 µm. Hal ini terjadi karena bongkahan hasil sampel nanorod yang terbentuk masih relatif besar dan menggumpal.
Gambar 1. Morfologi Fe3O4nanosphere, nanorod sebelum dan setelah
enkapsulasi
Gambar 2. Spektra Fourier Transform Infra Red Fe3O4nanosphere dan nanorod
Gambar 2 adalah hasil FTIR menunjukkan bahwa Fe3O4 murni (yang
belum dienkapsulasi)nanosphere dan nanorod memiliki gugus fungsi Fe-O
enkapsulasi dan entrapment, Fe3O4nanosphere dan nanorod terbukti
memiliki gugus fungsi dari kitosan, alginat dan mangostin yang melingkupi gugus fungsi O-H, N-H, C=O, C-O, C-C aromatik dan Fe-O.
Gambar 3. Hasil X-Ray Diffraction Fe3O4 nanosphere dan nanorod Gambar 3 menunjukkan hasil XRD Fe3O4nanosphere sebelum dan setelah
enkapsulasi menunjukkan adanya fasa Fe3O4 pada puncak (2θ) di 30 o
, 36o
dan 63o. Sedangkan hasil XRD Fe3O4nanorod sebelum enkapsulasi
terdapat puncak (2θ) pada 35o, 61o ,dan 71o. Fe3O4 nanorod setelah
enkapsulasi menunjukkan adanya fasa Fe3O4 pada puncak (2θ) pada 24 o
, 30o ,dan 35o. Seluruh hasil puncak-puncak yang didapatkan sesuai dengan puncak karakteristik dari Fe3O4 menurut referensi JC-PDS 00-003-0863.
Gambar 4. Hasil Vibrating Sample Magnetometer Fe3O4nanosphere dan nanorod
Pada Gambar 4 merupakan kurva histerisis Fe3O4nanosphere murni,
Fe3O4-Alginat, Fe3O4 akhir yang menunjukkan besar magnetisasi dan kuat
medan magnet. Fe3O4 murni memiliki nilai momen magnet yang besar
yakni sekitar 78 emu/gram. Sedangkan ada penurunan nilai momen magnet menjadi sekitar 32 emu/gram saat dienkapsulasi kitosan dan alginat. Dan terjadi pula penurunan momen magnet menjadi 27 emu/gram setelah penambahan enkapsulasi menggunakan mangostin dan kitosan.Penurunan yang sangat drastis setelah enkapsulasi dengan kitosan dan alginat disebabkan meningkatnya persentase gram per volum larutan alginat. Hal ini dapat terjadi karena polimer yang terkandung semakin besar sedangkan pada pengujian ini nilai magnetisasi diperoleh dari partikel yang bersifat magnet saja.Selain nilai momen magnet, nilai remanensi menjadi penentu
sifat suatu material dan hasil pengujian ini nilai remanensi dari Fe3O4
murni sebesar 20 emu/gram. Mengalami penurunan menjadi 10 emu/gram setelah dienkapsulasi kitosan-alginat. Begitu pula penambahan enkapsulasi mangostin-kitosan menjadi 10 emu/gram, hal ini menunjukkan sifat material menuju superparamagnetik.Selanjutnya yang dapat dianalisis dari kurva diatas adalah perbandingan dari hasil Fe3O4 murni, Fe3O4-alginat
dan Fe3O4 akhir menunjukkan adanya pergeseran koersivitas kearah yang
ingin dicapai. Fe3O4
Sedangkan pada sampel Fe
murni memiliki nilai koersivitas sebesar 0,02 T. Kemudian ada pergeseran koersivitas yang lebih jauh setelah dienkapsulasi kitosan-alginat menjadi sebesar 0,1 T. Namun saat penambahan enkapsulasi mangostin-kitosan, nilai koersivitas menjadi lebih kecil yakni sebesar 0,001 T.
3O4 nanorod murni, didapatkan momen
magnetisasi sebesar 48,7 emu/gram, remanensi sebesar 10 emu/gram, dan koersifitas sebesar 0,02 Tesla.Pada sampel Fe3O4 yang telah dienkapsulasi
hingga tahap akhir, didapatkan momen magnetisasi sebesar 47,5 emu/gram, remanensi sebesar 10,8 emu/gram, dan koersifitas sebesar 0,01 Tesla. Keduanya mendekati sifat superparamagnetik ideal, dengan nilai remanensi hanya sekitar 20% dari momen dan koersifitas mendekati 0.
Dapat terlihat nilai koersifitas dari Fe3O4nanosphere dan nanorod, sebelum
dan setelah enkapsulasi, seluruhnya mendekati nol. Hal ini menunjukkan material memiliki sifat superparamagnetik.
KESIMPULAN
Sintesis Fe3O4dengan morfologi nanosphere dengan ukuran partikel sekitar
27 nm dan Fe3O4template tapioka yang menghasilkan morfologinanorod
telah berhasil dibuat dengan ukuran partikel sekitar 200 nm.
Enkapsulasinanopartikel superparamagnetik Fe3O4 menggunakan alginat
dan kitosan serta penambahan senyawa aktif mangostin telah berhasil dilakukan dibuktikan dengan salah satu karakterisasi FTIR.Hasil XRD pada Fe3O4 tanpa tapioka, sebelum dan setelah enkapsulasi menunjukkan adanya
fasa Fe3O4 pada puncak 2θ yakni 30 o
, 36o dan 63o. Sedangkan untuk hasil dari Fe3O4 dengan tapioka adalah 35
o
, 61o, dan 71o pada sampel murni dan 24o, 30o, dan 35o pada sampel terenkapsulasi. Hasil VSM partikel Fe3O4
tanpa tapioka dan dengan tapioka menunjukkan superparamagnetik.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Malcolm R Alison, “Cancer,” Imperial College School of Medicine,
London, UK, Encyclopedia of Life Sciences, 2001.
[2] Gian Franco Baronzio and E. Dieter Hager, “Hyperthermia in Cancer
Treatment : A Primer,” Landes Bioscience, 2006.
[3] Stephanie Farrell, Robert P.Hesketh, Mariano J.Savelski, and
C.Stewart Slater, “Fundamentals, Design and Applications of Drug Delivery System,” American Society for Engineering Eduacation, 2003.
[4] Sungwook Hong, Yongmin Chang, and Ilsu Rhee, “Chitosan-coated
Ferrite (Fe3O4) Nanoparticles as a T2 Contrast Agent for Magnetic Resonance Imaging”, Journal of the Korean Physical Society, Vol. 56, No. 3, March 2010.
[5] S.-K. Kim, “Chitin, Chitosan, Oligosaccharides and Their Derivatives
