CIRI NANOPARTIKEL KITOSAN DAN PENGARUHNYA PADA UKURAN PARTIKEL DAN EFISIENSI PENYALUTAN KETOPROFEN
DWI WAHYONO
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini Saya menyatakan bahwa tesis Ciri Nanopartikel Kitosan dan Pengaruhnya Pada Ukuran Partikel dan Efisiensi Penyalutan Ketoprofen adalah karya Saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum pernah 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, 22 April 2010
Dwi Wahyono
Abstract DWI WAHYONO. Characterization of Chitosan Nanoparticles and Its Effects to Particle Size and Ketoprofen Encapsulation Efficiency. Supervised by PURWANTININGSIH and LAKSMI AMBARSARI. Ketoprofen-loaded chitosan nanoparticles are produced by ionic gelation process of chitosan and tripolyphosphate (TPP) with ultrasonication and sentrifugation methods. Ketoprofen encapsulation efficiency and particle size of nanoparticles are determined, respectively, with UV spectrophotometry and Scanning Electron Microscope (SEM). The effects of chitosan, TPP, and surfactant composition to encapsulation efficiency and particle size are studied. The research showed that encapsulation efficiency decreased with the increase of chitosan concentration. The average weight of ketoprofen-loaded chitosan nanoparticles from each formula is 1.00 to 1.50 g for every 200 ml. The SEM characterization with magnication of 2000× showed that ketoprofen-loaded chitosan nanoparticles do not have uniformity of particle size. The mean size of chitosan nanoparticles without and with added ketoprofen (formula P) respectively showed between 385 nm to 8460 nm and 556 nm to 11110 nm. This study showed that there is no relationship between particle size and efficiency. Formula A with composition of chitosan 2.5% (b/v), TPP 0.84 mg/ml, and oleic acid 0.1 mg/ml have ketoprofen encapsulation efficiency 79.79%, whereas formula that have amount of nanoparticle biggest than others was formula P, 58.08%. Composition of formula P was chitosan 3% (b/v), TPP 0.84 mg/ml, and oleic acid 1.5 mg/ml. Determination of the best chitosan nanoparticles formula are prepared by the weight method with observed factors of efficiency and particle size. The best chitosan nanoparticles formulas are P, A, and B. There are difference between IR spectra of ketoprofen-loaded chitosan nanoparticles with IR spectra of chitosan, such as specific peaks at 1410 cm-1 and 1637 cm-1 are from ketoprofen groups. A new specific peak also appear at 1153 cm-1 that showed P=O group of TPP. Key words : Chitosan, ultrasonication, encapsulation efficiency, particle size
RINGKASAN DWI WAHYONO. Ciri Nanopartikel Kitosan dan Pengaruhnya Pada Ukuran Partikel dan Efisiensi Penyalutan Ketoprofen. Dibimbing oleh PURWANTININGSIH dan LAKSMI AMBARSARI. Studi terhadap kitosan telah banyak dilakukan baik dalam bentuk serpih, butiran, membran, maupun gel. Kemampuan kitosan yang diterapkan dalam berbagai bidang industri modern, seperti farmasi, biokimia, kosmetika, industri pangan, dan industri tekstil mendorong untuk terus dikembangkannya berbagai penelitian yang menggunakan kitosan, termasuk melakukan modifikasi kimia atau fisik dari kitosan. Modifikasi kimia menghasilkan perbaikan stabilitas kitosan melalui fungsionalisasi gugus fungsi yang ada, perbaikan ukuran pori kitosan dengan menggunakan senyawa porogen, dan dapat menaikkan kapasitas adsorpsi kitosan apabila kitosan dipadukan dengan polimer lain. Modifikasi kimia kitosan salah satunya dapat dilakukan melalui pembentukan ikatan silang dalam struktur kitosan menghasilkan gel kitosan. Apabila modifikasi kimia kitosan ini akan diterapkan sebagai sistem penghantaran obat ke dalam tubuh maka harus mempertimbangkan kemampuan kitosan untuk bisa melewati penghalang (barrier) dalam sistem metabolisme tubuh, dapat mencapai target pengobatan, dan melepaskan zat aktif pada tempat yang spesifik di dalam tubuh sebagai sasaran pengobatan. Oleh karena itu, modifikasi fisik melalui pengaturan ukuran partikel kitosan menjadi hal yang sangat penting. Modifikasi fisik kitosan yang telah dilakukan adalah dalam bentuk mikrokapsul dan telah diterapkan untuk penghantaran obat ketoprofen ke dalam tubuh. Modifikasi fisik pada kitosan mencakup perubahan ukuran partikel atau butir kitosan menjadi lebih kecil untuk pemanfaatan yang lebih luas. Bentuk mikrokapsul memiliki kelemahan, salah satunya adalah kemampuan penetrasi ke dalam jaringan tubuh terbatas. Oleh karena itu, perkembangan modifikasi fisik mengarah ke bentuk nanopartikel. Penggunaan kitosan dalam bentuk nanopartikel dipilih karena kemampuannya untuk meningkatkan penetrasi molekul-molekul besar. Selain itu, dengan kemudahan masuk ke dalam tubuh, nanopartikel dapat berpindah mengikuti sirkulasi darah ke bagian tubuh. Pembuatan nanopartikel dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain komposisi material dan metode yang digunakan. Untuk nanopartikel kitosan, komposisi material yang digunakan adalah kitosan, TPP, dan surfaktan. Metode pembuatan nanopartikel merupakan faktor lain yang menentukan selain komposisi material. Banyak metode dikembangkan untuk menghasilkan nanopartikel dengan ukuran kecil dan morfologi baik. Penelitian ini bertujuan membuat nanopartikel kitosan melalui variasi konsentrasi kitosan, TPP, dan surfaktan, serta menentukan karakterisasi yang meliputi morfologi, efisiensi penyalutan ketoprofen, dan ukuran nanopartikel. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Kimia Organik IPB, Laboratorium Biofisika IPB, Pusat Antar Universitas (PAU) IPB, dan Laboratorium Geologi Kuarterner PPGL Bandung. Penentuan nilai efisiensi penyalutan ketoprofen dan jumlah nanopartikel kitosan yang terbentuk dilakukan dengan berturut-turut dengan spektrofotometer UV/VIS dan SEM.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa setiap formula nanopartikel kitosan diperoleh bobot nanopartikel kitosan terisi ketoprofen rata-rata sebesar 1.00–1.50 g untuk setiap 200 ml. Pencirian dengan SEM pada perbesaran 2000× memperlihatkan bahwa nanopartikel kitosan terisi ketoprofen yang dihasilkan memiliki ukuran partikel tidak seragam. Kisaran diameter nanopartikel kitosan tanpa dan dengan penambahan ketoprofen (formula P) menunjukkan kisaran berturut-turut antara 385 nm–8460 nm dan 556 nm–11110 nm. Dari hasil percobaan, tidak teramati adanya hubungan antara ukuran partikel dan nilai efisiensi. Formula A dengan komposisi kitosan 2.5% (b/v), TPP 0.84 mg/ml, dan oleat 0.1 mg/ml memiliki efisiensi penyalutan ketoprofen yang tinggi, yaitu 79.79%, sedangkan formula yang mempunyai jumlah nanopartikel terbanyak adalah formula P, yaitu 58.08%. Komponen formula P tersusun oleh konsentrasi kitosan 3% (b/v), TPP 0.84 mg/ml, dan oleat 1.5 mg/ml. Penentuan formula nanopartikel kitosan terbaik dilakukan melalui pembobotan dengan memperhatikan faktor nilai efisiensi dan jumlah nanopartikel kitosan. Formula nanopartikel kitosan terbaik berturut-turut adalah formula P, A, dan B. Analisis dengan FTIR menghasilkan puncak-puncak bilangan gelombang yang berbeda dengan spektrum kitosan, antara lain munculnya puncak serapan baru pada bilangan gelombang 1410 cm-1 dan 1637 cm-1 yang berasal dari ketoprofen, yang menunjukkan adanya gugus aromatik benzena. Pita serapan baru juga muncul di bilangan gelombang 1153 cm-1 yang menunjukkan pita serapan gugus P=O dari senyawa TPP.
Kata kunci : kitosan, efisiensi penyalutan, ukuran nanopartikel
© Hak Cipta Milik IPB, tahun 2010 Hak Cipta dilindungi Undang-undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruhnya karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk laporan apapun tanpa izin IPB
CIRI NANOPARTIKEL KITOSAN DAN PENGARUHNYA PADA UKURAN PARTIKEL DAN EFISIENSI PENYALUTAN KETOPROFEN
DWI WAHYONO
Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Departemen Kimia
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010
HALAMAN PENGESAHAN Judul Tesis Nama NIM
: Ciri Nanopartikel Kitosan dan Pengaruhnya Pada Ukuran Partikel dan Efisiensi Penyalutan Ketoprofen : Dwi Wahyono : G451070111
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr. Laksmi Ambarsari, MS Anggota
Prof. Dr. Purwantiningsih Sugita, MS Ketua
Diketahui
Ketua Program Studi Ilmu Kimia
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Latifah K. Darusman, MS
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS
Tanggal Ujian: 30 Maret 2010
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Shalawat serta salam tak lupa selalu tercurah kepada jungjungan Nabi besar Muhammad SAW, sahabat, keluarga, dan pengikutnya hingga akhir zaman. Ucapan terima kasih yang tak ternilai kepada Ayahanda tercinta, Saino Sudibyo, BA dan Ibunda tercinta, Siti Nurjanah yang dengan kesabaran dan keikhlasan telah memberikan dorongan moral, material, dan selalu berdoa memohon kepada Allah SWT untuk kesuksesan penulis. Selain itu, penulis juga menyampaikan rasa terima kasih yang dalam kepada seluruh keluarga, Mas Bayu, Adik Satria, Adik Unita, dan Tri Rahayu atas semua cinta, kasih, sayang dan dorongan semangat kepada penulis selama menempuh pendidikan. Penulis mengucapkan rasa terima kasih yang tulus kepada Prof. Dr. Purwantiningsih Sugita, MS selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Dr. Laksmi Ambarsari, MS selaku Anggota Komisi Pembimbing, atas segala curahan waktu, bimbingan, arahan, serta dorongan moral kepada penulis. Pada kesempatan kali ini penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Prof. Dr. Ir. Suminar S. Achmadi selaku penguji sidang tesis Luar Komisi, dan Prof. Dr. Ir. Latifah K. Darusman, MS selaku Ketua Mayor Kimia yang telah banyak memberikan masukan dan arahan dalam penyempurnaan tesis ini. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada rekan-rekan mahasiswa pascasarjana Mayor Kimia, khususnya angkatan 2007 atas segala jalinan persahabatan, kerjasama, dan kebersamaan dalam menempuh perkuliahan. Kepada semua pihak yang telah membantu dengan tulus selama mengikuti perkuliahan sampai selesainya tesis ini, juga disampaikan terima kasih. Penulis menyadari bahwa dalam tesis ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi perbaikan penulis sendiri di masa mendatang.
Bogor, April 2010 Penulis
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Tangerang pada tanggal 21 Agustus 1983 sebagai putra kedua dari empat bersaudara, dari ayah Saino Sudibyo dan ibu Siti Nurjanah. Pendidikan menengah ditempuh penulis di Sekolah Menengah Umum Negeri 2 Tangerang dan mendapatkan kelulusan pada tahun 2001. Pada tahun yang sama, penulis juga diterima sebagai mahasiswa Departemen Kimia Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan menempuh pendidikan sarjana di Departemen Kimia IPB. Judul penelitian yang diusung untuk memperoleh gelar sarjananya ialah Optimalisasi Sintesis dan Kajian Adsorpsi Gel Kitosan-Alginat Terhadap Ion Logam Cu(II). Pada tahun 2007, penulis menempuh program magister sains pada Mayor Kimia Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Selama perkuliahan, penulis aktif membantu berbagai kegiatan penelitian di laboratorium. Pada tahun 2008, penulis diikutsertakan bersama dengan dosen pembimbing dalam Hibah Penelitian Kompetensi DIKTI 2008 di Institut Pertanian Bogor dengan topik penelitian Pengembangan Kitosan Sebagai Adsorben dan Bahan Penyalut Suatu Obat. Oleh karena itu, pada tahun 2009 buku pertama yang dibuat oleh dosen pembimbing dan penulis yang berjudul “Kitosan: Sumber Biomaterial Masa Depan” telah diterbitkan.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ..............................................................................................
i
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... ii PENDAHULUAN .............................................................................................. 1 Latar Belakang ............................................................................................ 1 Tujuan Penelitian ........................................................................................ 6 Hipotesis ..................................................................................................... 6 TINJAUAN PUSTAKA Gel kitosan ................................................................................................... 7 Pengertian dan Perkembangan Nanopartikel .............................................. 10 Metode Pembuatan Nanopartikel ............................................................... 11 Sonokimia ................................................................................................... 14 BAHAN DAN METODE Alat dan Bahan ........................................................................................... 16 Metode Penelitian ....................................................................................... 16 Penelitian Pendahuluan ........................................................................ 16 Pembuatan Nanopartikel Kitosan Terisi Ketoprofen............................ 18 Karakterisasi Struktur dan Morfologi Nanopartikel ............................ 18 Penentuan Panjang Gelombang Maksimum dan Kurva Standar ......... 18 Efisiensi Enkapsulasi Ketoprofen Pada Nanopartikel ......................... 19 HASIL DAN PEMBAHASAN Nanopartikel Kitosan .................................................................................. 20 Hasil Analisis Pengaruh Konsentrasi Kitosan, TPP, dan Oleat Terhadap Jumlah Nanopartikel Kitosan ..................................................... 23 Hasil Analisis Pengaruh Konsentrasi Kitosan, TPP, dan Oleat Terhadap Efisiensi Enkapsulasi Ketoprofen ............................................... 26 Hasil Analisis Pemilihan Formula Berdasarkan Nilai Efisiensi dan Jumlah Nanopartikel Kitosan ....................................... 32 Hasil Analisis Karakterisasi Gugus Fungsi Nanopartikel Kitosan ............. 34
Halaman SIMPULAN ......................................................................................................... 36 SARAN ................................................................................................................ 37 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 38
DAFTAR TABEL Halaman 1
Parameter Mutu Kitosan Niaga ....................................................................... 8
2
Kombinasi Konsentrasi Kitosan, TPP, dan Asam Oleat Semua Formula ...... 17
3
Kombinasi Formula Konsentrasi Kitosan, TPP, dan Asam Oleat ................. 21
4
Jumlah Nanopartikel Kitosan Dari Setiap Formula Nanopartikel .................. 25
5
Nilai Efisiensi Dari Setiap Formula Nanopartikel ......................................... 29
6
Pembobotan Berdasarkan Nilai Efisiensi dan Jumlah Nanopartikel Kitosan ..................................................................................... 34
7 Perbandingan Spektrum FTIR Kitosan, Ketoprofen, dan Nanopartikel Kitosan Terisi Ketoprofen ........................................................ 35
DAFTAR GAMBAR Halaman 1
Struktur Kitosan .............................................................................................. 7
2
Struktur Hidrogel Kitosan ............................................................................... 9
3
Pembuatan Nanopartikel ................................................................................ 13
4
Hasil SEM Nanopartikel Kitosan ................................................................... 23
5
Kurva Pengaruh Konsentrasi TPP dan Asam Oleat Terhadap Jumlah Nanopartikel Kitosan ......................................................................... 26
6 Kurva Penentuan Panjang Gelombang Maksimum ....................................... 27 7
Hubungan Antara Absorbans dan Konsentrasi Larutan Ketoprofen .............. 27
8
Penyalutan Obat di dalam Nanopartikel Kitosan ........................................... 29
9 Kurva Pengaruh Konsentrasi TPP dan Asam Oleat Terhadap Nilai Efisiensi Enkapsulasi ............................................................................ 32 10 Spektrum FTIR Kitosan, Ketoprofen, dan Nanopartikel Kitosan Terisi Ketoprofen .............................................................................. 36
